DE69818448T2

DE69818448T2 - METHOD FOR INCREASING BURN STRENGTH IN ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS

Info

Publication number: DE69818448T2
Application number: DE69818448T
Authority: DE
Inventors: Alex Cho; H. Michael SKILLINGBERG; E. Richard GREENE; M. Michael NIEDZINSKI
Original assignee: Pechiney Rolled Products LLC
Current assignee: Constellium Rolled Products Ravenswood LLC
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE69836569D1; DE69836569T2; DE69818448D1; EP0981653B1; EP1359232B2; ATE250675T1; EP1359232B9; ATE346963T1; EP1359232A3; EP1359232B1; EP0981653A1; ES2278093T5; DE69836569T3; EP1359232A2; WO1998033947A1; EP0981653A4; ES2278093T3

Abstract

An aluminum-lithium alloy is processed with controlled amounts of copper, lithium, manganese and zirconium to produce a product having improved fracture toughness in the short longitudinal (S-L) direction and acceptable strength in the short transverse (ST) direction.

Description

Diese Anmeldung nimmt die vorläufige US-Anmeldung 60/036,329, eingereicht am 31. Januar 1997, in Anspruch.This application takes away the preliminary US application 60 / 036,329, filed January 31, 1997.

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Verbessern der Bruchfestigkeit in der kurzen Längsrichtung in Aluminium-Lithium-Legierungen und einen Gegenstand daraus gerichtet und insbesondere auf ein Verfahren, das die Anteile an Kupfer, Mangan, Lithium und Zirkonium steuert, um die verbesserte Bruchfestigkeit zu erhalten.The present invention is based on a method for improving the breaking strength in the short longitudinal direction in aluminum-lithium alloys and an object made of them and in particular to a process that uses copper, manganese, Lithium and zirconium controls to improve the breaking strength to obtain.

HintergrundtechnikBackground Art

Es ist wohlbekannt, daß das Hinzusetzen von Lithium als ein legierendes Element zu Aluminiumlegierungen zu verbesserten mechanischen Eigenschaften führt. Alumunium-Lithium-Legierungen zeigen Verbesserungen in der Steifigkeit und Festigkeit, während die Dichte verringert wird. Folglich sind diese Typen Legierungen als Strukturmaterialien in Flugzeug- und Raumfahrtanwendungen einsetzbar. Beispiele bekannter Aluminium-Lithium-Legierungen umfassen AA2097 und AA2197. Die chemischen Zusammensetzungen dieser Legierungen sind in Tabelle 1 hiernach gezeigt.It is well known that adding up from lithium as an alloying element to aluminum alloys leads to improved mechanical properties. Show aluminum-lithium alloys Improvements in stiffness and strength while the Density is reduced. Hence these types of alloys are considered Structural materials in aircraft and Space applications can be used. Examples of known aluminum-lithium alloys include AA2097 and AA2197. The chemical compositions of these alloys are shown in Table 1 below.

Es gibt Probleme bei Aluminium-Lithium-Legierungen, insbesondere bei dicken Platten von ungefähr (3 Zoll) 76.2 mm oder mehr, was die Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung betrifft. Festigkeitswerte in dieser Richtung werden beträchtlich geringer sein als Festigkeitswerte in anderen Richtung, so wie der Längs(L-T)-Richtung oder der langen Quer(T-L)-Richtung.There are problems with aluminum-lithium alloys, especially for thick sheets of approximately (3 inches) 76.2 mm or more, in terms of breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction. strength values in this direction will be considerable be lower than strength values in another direction, such as the longitudinal (L-T) direction or the long transverse (T-L) direction.

Metals & Alloys in the Unified Numbering System, 7^th Ed., Society of Automotive Engineers, USA, 1996, Seite 30, offenbart eine Zusammensetzung für eine geschmiedete und wärmebehandelbare Aluminiumlegierung mit 1.2–1.8% Lithium.Metals & Alloys in the Unified Numbering System, 7 ^th Ed., Society of Automotive Engineers, USA, 1996, page 30, discloses a composition for a forged and heat-treatable aluminum alloy containing 1.2-1.8% lithium.

Die US-A-4 648 913 offenbart einen Prozeß zum Erzeugen einer Aluminiumlegierung, einschließlich der Prozeßschritte des Gießens, Homogenisierens, Warmbehandelns, Warmbehandelns in Lösung, Quenchens, ggf. Strecken und Altern, um eine Legierung mit verbesserter Bruchfestigkeit zu erhalten, die 0.5 bis 4% Lithium, bevorzugt 2.0–3.0% Lithium, enthält.US-A-4 648 913 discloses one Process for Create an aluminum alloy, including the process steps of casting, Homogenization, heat treatment, heat treatment in solution, quenching, if necessary, stretching and aging to form an alloy with improved breaking strength to obtain the 0.5 to 4% lithium, preferably 2.0-3.0% lithium, contains.

F. W. Gayle u. a., Aluminium-Lithium herausgegeben von M. Peters und P.-J. Winkler, DGM, 1992, Seiten 203–208, offenbart ein Herstellungsverfahren für eine Aluminiumlegierung, die 0.4% Silber und 1% Lithium enthält.F. W. Gayle et al. a., aluminum-lithium edited by M. Peters and P.-J. Winkler, DGM, 1992, pages 203-208, discloses a manufacturing process for an aluminum alloy, which contains 0.4% silver and 1% lithium.

Angesichts der Nachteile bei Aluminium-Lithium-Legierungen in bezug auf die Bruchfestigkeit, hat sich eine Notwendigkeit entwickelt, ein Verfahren zum Verbessern der Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung für diese Typen von Legierungen zur Verfügung zu stellen. In Antwort auf diese Notwendigkeit stellt die vorliegende Erfindung sowohl ein Verfahren als auch einen Gegenstand danach zur Verfügung, wobei in beträchtlicher Weise die Bruchfestigkeit von Aluminium-Lithium-Legierungen in der kurzen Längs(S-L)-Richtung erhöht wird, so daß ihr Einsatzvermögen für weitere kommerzielle Anwendungen verbessert wird.Given the disadvantages of aluminum-lithium alloys in terms of breaking strength, a need has developed a method for improving the breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction for this Types of alloys available to deliver. In response to this need, the present Invention both a method and an object thereafter to disposal, being in considerable Way the breaking strength of aluminum-lithium alloys in the short longitudinal (S-L) direction elevated so that you use assets for further commercial applications is improved.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, die Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung von Aluminium-Lithium-Legierungen zu verbessern.A first object of the invention is the breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction of aluminum-lithium alloys to improve.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminium-Lithium-Legierung mit verbesserter Bruchfestigkeit in der kurzen Längsrichtung zur Verfügung zu stellen.Another object of the invention is a process for making an aluminum-lithium alloy with improved breaking strength in the short longitudinal direction put.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aluminium-Lithium-Legierung zu verwenden, die gesteuerte Mengen an Kupfer, Lithium, Mangan, Zink und Zirkonium hat, um Verbesserungen bei der Bruchfestigkeit zu erreichen.Yet another object of the present Invention is to use an aluminum-lithium alloy that is controlled Amounts of copper, lithium, manganese, zinc and zirconium have been shown to improve to achieve the breaking strength.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aluminium-Lithium-Legierungsgegenstand zur Verfügung zu stellen, der sowohl verbesserte Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung als auch akzeptable Festigkeit in der kurzen Querrichtung hat.Yet another object of the present The invention is to provide an aluminum-lithium alloy article make both improved breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction as also has acceptable strength in the short transverse direction.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich, wenn deren Beschreibung fortschreitet.Other tasks and advantages of present invention will become apparent as the description proceeds.

In Erfüllung der vorangehenden Aufgaben und Vorteile stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung bei einem Gegenstand aus Aluminium-Lithium-Legierung zur Verfügung, mit den Schritten des Bereitstellens einer Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent – alle nachfolgenden Legierungswerte sind Gewichtsprozent, wenn es nicht anders angegeben ist –: 2.7 bis 3.0% Kupfer, 1.2 bis weniger als 1.3% Lithium, 0.30 bis 0.32% Mangan, 0.04 bis 0.18% Zirkonium, besteht, wobei der Rest Aluminium und unvermeidliche Verunreinigungen sind. Die Aluminiumlegierung kann auch kornverfeinernde Elemente enthalten, so wie wenigstens eines aus Bor, Titan, Vanadium, Mangan, Hafnium von Zink, so daß sie im wesentlichen zinkfrei ist, z. B. weniger als 0.05 Gewichtsprozent Zink, weiter bevorzugt weniger als oder gleich 0.02 Prozent.In accomplishing the foregoing objects and advantages, the present invention provides a method for improving the breaking strength in the short longitudinal (SL) direction in an aluminum-lithium alloy article, with the steps of providing an aluminum alloy made of Weight percent - all alloy values below are weight percent unless otherwise stated - 2.7 to 3.0% copper, 1.2 to less than 1.3% lithium, 0.30 to 0.32% manganese, 0.04 to 0.18% zirconium, with the rest being aluminum and inevitable impurities. The aluminum alloy may also contain grain refining elements, such as at least one of boron, titanium, vanadium, manganese, hafnium of zinc, so that it is essentially zinc-free, e.g. B. less than 0.05 weight percent zinc, more preferably less than or equal to 0.02 percent.

Der Lithiumgehalt ist bevorzugt zwischen ungefähr 1.2 bis 1.28 Gewichtsprozent gesteuert, um ein wenig dichtes Produkt mit guter Bruchfestigkeit in der kurzen Längsrichtung zur Verfügung zu stellen. Mangan liegt zwischen 0.30 und 0.32 Gewichtsprozent, während Zirkonium ungefähr 0.10 Gewichtsprozent hat. Es sollte verstanden werden, daß die Mengen an legierenden Elementen, mit Ausnahme der Mengen an Lithium und Kupfer, innerhalb der Bereiche sein können, die in dem vorangehenden Absatz beschrieben sind.The lithium content is preferably between approximately 1.2 to 1.28 weight percent controlled to a little dense product available with good breaking strength in the short longitudinal direction put. Manganese is between 0.30 and 0.32 percent by weight, while zirconium approximately 0.10 percent by weight. It should be understood that the quantities on alloying elements, with the exception of the amounts of lithium and copper, can be within the ranges described in the previous paragraph.

Diese Zusammensetzung bietet höhere kombinierte Eigenschaften von Bruchzähigkeit und Festigkeit, bei leicht höherer Dichte. In diesen Bereich der Zusammensetzung würden zusätzliche Theta-Ausfällungsteilchen (Al₂Cu) zusätzlich zu T₁-Ausfällungsteilchen (Al₂CuLi) an den Korngrenzen ausfallen. Dieses würde die kombinierten Eigenschaften von Festigkeit und Bruchzähigkeit in der kurzen Längsrichtung vergrößern.This composition offers higher combined properties of fracture toughness and strength, with slightly higher density. In this composition range, additional theta precipitate particles _(Al2 Cu) would, in addition to T ₁ -Ausfällungsteilchen (Al ₂ CuLi) precipitate at the grain boundaries. This would increase the combined properties of strength and fracture toughness in the short longitudinal direction.

Magnesium kann hinzugefügt werden, wenn dies gewünscht ist, in einer Menge bis hinauf zu 0.35 Gewichtsprozent, bevorzugt bis hinauf zu 0.25 Gewichtsprozent. Kleine Mengen an Magnesium können vorteilhaft sein, was die Festigkeit und das Absenken der Dichte betrifft. Übermäßige Mengen jedoch können die Anfälligkeit für Belastungskorrosionsrisse hervorrufen und bieten keine weiteren Vorteile, was Festigkeit und Dichteverringerung angeht.Magnesium can be added if desired is preferred in an amount up to 0.35 weight percent up to 0.25 percent by weight. Small amounts of magnesium can be beneficial be in terms of strength and lowering density. Excessive amounts however can the vulnerability for stress corrosion cracks evoke and offer no further benefits in terms of strength and density reduction As.

Die Aluminiumlegierung wird in einen Barren gegossen und über eine ausgewählte Zeitdauer homogenisiert. Der homogenisierte Barren wird dann heiß bearbeitet, in eine Form, wie eine Platte, und in der Lösung über eine ausgewählte Zeitdauer warmbehandelt. Die Form, die in der Lösung warmbehandelt worden ist, wird dann gequencht, bevorzugt in Wasser, kaltbearbeitet, bevorzugt durch Verstrecken, und über eine ausgewählte Zeitdauer gealtert. Mit dieser Behandlung zeigt die kaltbearbeitete (gestreckte) und gealterte Form äquivalente Festigkeiten, jedoch höhere Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung, als ähnliche Aluminiumlegierungen mit Lithiumgehalten, die größer als 1.3 Prozent sind.The aluminum alloy is in one Ingots poured and over a selected one Period homogenized. The homogenized bar is then processed hot, in a form, such as a plate, and in solution for a selected period of time heat treated. The form that has been heat treated in the solution is then quenched, preferably in water, cold worked, preferred by stretching, and over a selected one Time period aged. With this treatment, the cold worked shows (stretched) and aged form equivalents Strengths, but higher Breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction, as similar Aluminum alloys with lithium contents that are greater than 1.3 percent.

Die Temperaturen für die Homogenisierung und für die Warmbehandlung in Lösung können im Bereich zwischen ungefähr (900° und 1030°F) 482 bis 554°C liegen, bevorzugt zwischen ungefähr (930°F) 499°C und (1000°F) 538°C. Weiter bevorzugt werden die Temperaturen für die Homogenisierung zwischen ungefähr (940°F) 505°C bis (975°F) 525°C liegen, und die Temperaturen für die Warmbehandlung in der Lösung werden im Bereich von ungefähr (975°F) 524°C bis (1000°F) 538°C liegen. Die bevorzugte Temperatur hängt oftmals von der bestimmten Zusammensetzung der Legierung ab, wie es von den Fachleuten verstanden werden wird. Die Zeiten für die Homogenisierung können ungefähr 8 bis 48 Stunden betragen, bevorzugt ungefähr 24 bis ungefähr 36 Stunden. Die Zeiten für die Warmbehandlung in der Lösung können im Bereich von ungefähr 1 bis 10 Stunden liegen, bevorzugt ungefähr 1 bis 6 Stunden, weiter bevorzugt ungefähr 2 Stunden, wenn einmal das Metall eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Platte kann künstlich ohne irgendwelche Kaltbearbeitung gealtert werden, jedoch ist es bevorzugt, zwischen ungefähr 4% und 8% Kaltbearbeitung zu machen, bevorzugt durch Verstrecken. Die Platte wird bevorzugt künstlich zwischen ungefähr (300 und 350°F) 149 bis 177°C gealtert, über ungefähr 4 bis ungefähr 48 Stunden, bevorzugt zwi schen ungefähr 12 und ungefähr 36 Stunden, wobei die Alterungszeit eine Funktion der Alterungstemperatur ist.The temperatures for homogenization and for heat treatment in solution can in the range between approximately (900 ° and 1030 ° F) 482 to 554 ° C are preferably between approximately (930 ° F) 499 ° C and (1000 ° F) 538 ° C. Further the temperatures for the homogenization between are preferred approximately (940 ° F) 505 ° C to (975 ° F) 525 ° C, and the temperatures for the heat treatment in the solution be in the range of approximately (975 ° F) 524 ° C to (1000 ° F) 538 ° C. The preferred temperature depends often depending on the particular composition of the alloy, such as it will be understood by professionals. The times for homogenization can approximately 8 to 48 hours, preferably about 24 to about 36 hours. The times for the heat treatment in the solution can in the range of approximately 1 to 10 hours, preferably about 1 to 6 hours preferably approximately 2 hours once the metal reaches a desired temperature Has. The plate can be artificial can be aged without any cold working, however it is preferred, between about 4% and 8% to be cold worked, preferably by stretching. The plate is preferably made artificial between about (300 and 350 ° F) 149 to 177 ° C aged, over approximately 4 to about 48 hours, preferably between about 12 and about 36 hours, where the aging time is a function of the aging temperature.

Wenn man die erfinderische Verarbeitung benutzt, wird ein Gegenstand aus Aluminium-Lithium-Legierung hergestellt, der stark verbesserte Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung hat. Der Wert der Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung ist wenigstens ungefähr 68% der Bruchfestigkeit in der langen Quer(T-L)-Richtung. Obwohl sie verbesserte Bruchfestigkeiten in der kurzen Längs(S-L)-Richtung zeigen, haben die erfinderischen Gegenstände aus Aluminium-Lithium-Legierung Dehngrenzen, die ungefähr (54 KSI) 372.3 MPa überschreiten.If you look at the inventive processing used, an object made of aluminum-lithium alloy that is strong has improved breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction. The value of the breaking strength in the short longitudinal (S-L) direction is at least approximate 68% of the breaking strength in the long transverse (T-L) direction. Even though they improved breaking strengths in the short longitudinal (S-L) direction show, the inventive items made of aluminum-lithium alloy Proof limits, which are approx (54 KSI) exceed 372.3 MPa.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen der Erfindung genommen, in denen:Reference will now be made to the drawings taken of the invention in which:

1 die Erfindung mit dem Stand der Technik vergleicht, was die Dehngrenze in der kurzen Querrichtung und die Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung betrifft; 1 the invention compares with the prior art as regards the yield strength in the short transverse direction and the tensile strength in the short longitudinal (SL) direction;

2 Legierungsprodukte des Standes der Technik und Legierungsprodukte nach der Erfindung in Bezug auf den Lithiumgehalt und Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung vergleicht; und 2 Prior art alloy products and alloy products according to the invention with respect to lithium content and fracture strength in the short longitudinal (SL) direction; and

3 die Legierungsprodukte des Standes der Technik und die Legierungsprodukte nach der Erfindung in Bezug auf den Kupfergehalt und die Bruchfestigkeit in der kurzen Längs(S-L)-Richtung vergleicht. 3 the alloy products of the prior art and the alloy products according to the invention with regard to the copper content and the breaking strength in the short longitudinal (SL) direction.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDescription of the preferred embodiment

Die vorliegende Erfindung löst ein wichtiges Problem auf dem Gebiet der Aluminium-Lithium-Materialien für strukturelle Anwendungen, so wie solche, die in der Raumfahrt und Flugzeugindustrie gefunden werden. Das heißt, indem die Mengen an Kupfer, Lithium, Mangan und Zirkonium in der Zusammensetzung in diesen Arten von Legierungen gesteuert werden, werden brauchbare Bruchfestigkeiten in der kurzen Längs(S-L)-Richtung mit akzeptabler Festigkeit in der kurzen Quer(S-T)-Richtung erhalten. Diese unerwartete Verbesserung in der Bruchfestigkeit in der S-L-Richtung erlaubt den Einsatz dieser Arten von Legierungen in einer weiten Vielfalt von strukturellen Anwendungen, die geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Steifigkeit und gute Bruchfestigkeit erfordern.The present invention solves an important problem in the field of aluminum-lithium matter lien for structural applications, such as those found in the space and aircraft industries. That is, by controlling the levels of copper, lithium, manganese, and zirconium in the composition in these types of alloys, useful fracture strengths in the short longitudinal (SL) direction with acceptable strength in the short transverse (ST) direction are obtained , This unexpected improvement in breaking strength in the SL direction allows these types of alloys to be used in a wide variety of structural applications that require light weight, high strength and rigidity, and good breaking strength.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Legierungselemente Kupfer, Lithium, Mangan und Zirkonium in den folgenden Bereichen gesteuert, um die Verbesserungen in der Bruchfestigkeit zu erhalten: 2.7 bis 3.0 Gewichtsprozent Kupfer, 1.2 bis weniger als 1.3 Gewichtsprozent Lithium, 0.30 bis 0.32 Gewichtsprozent Mangan, ungefähr 0.04 bis 0.16 Gewichtsprozent Zirkonium, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Eines oder mehrere kornverfeinernde Elemente können auch zu der oben beschriebenen Aluminium-Lithium-Zusammensetzung hinzugesetzt werden. Die kornverfeinernden Elemente können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Titan in einer Menge bis zu 0.2 Gewichtsprozent, Bor in einer Menge bis zu 0.2 Gewichtsprozent, Vanadium in einer Menge bis zu 0.2 Gewichtsprozent, Hafnium in einer Menge bis zu 0.2 Gewichtsprozent, Scandium in einer Menge bis zu 0.5 Gewichtsprozent und Chrom in einer Menge bis zu 0.3 Gewichtsprozent besteht. Bevorzugt ist das Aluminium von Zink frei. Mit anderen Worten liegt Zink nur als eine Verunreinigung und mit Werten von weniger als 0.5 Gewichtsprozent vor. Es wird vermutet, daß Zink in Werten größer als solche Verunreinigungswerte in nachteiliger Weise die mechanischen Eigenschaften dieser Aluminium-Lithium-Legierungen beeinflußt.According to the present invention alloy elements are copper, lithium, manganese and zirconium controlled in the following areas to make improvements in the To obtain breaking strength: 2.7 to 3.0 weight percent copper, 1.2 to less than 1.3 weight percent lithium, 0.30 to 0.32 weight percent Manganese, roughly 0.04 to 0.16 percent by weight of zirconium, the rest being aluminum and are inevitable impurities. One or more grain refiners Elements can also to the aluminum-lithium composition described above be added. The grain refining elements can be made from selected in the group made of titanium in an amount of up to 0.2 percent by weight, Boron in an amount up to 0.2 percent by weight, vanadium in one Quantity up to 0.2 percent by weight, hafnium in an amount up to 0.2 percent by weight, scandium in an amount up to 0.5 percent by weight and chromium in an amount up to 0.3 percent by weight. Prefers the aluminum is free of zinc. In other words, zinc just lies as an impurity and with values less than 0.5 percent by weight in front. It is believed that zinc in values greater than such contamination levels adversely affect the mechanical properties of these aluminum-lithium alloys.

Das Mangan sollte höher liegen als 0.05 Gewichtsprozent, um die Korngröße und das homogene Schlupfverhalten während der Verarbeitung in plastischer Deformation zu steuern.The manganese should be higher than 0.05 percent by weight to determine the grain size and the homogeneous hatching behavior while to control the processing in plastic deformation.

Der Lithiumgehalt ist zwischen 1.2 und weniger als 1.3 Gewichtsprozent gesteuert. Das Mangan liegt zwischen 0.3 und 0.32 Gewichtsprozent, wobei der Kupferwert im Bereich zwischen ungefähr 2.7 und 3.0 Gewichtsprozent ist.The lithium content is between 1.2 and controlled less than 1.3 weight percent. The manganese is between 0.3 and 0.32 percent by weight, the copper value in the range between approximately 2.7 and 3.0 weight percent is.

Magnesium kann hinzugefügt werden, wenn dies gewünscht ist, in einer Menge bevorzugt bis hinauf zu 0.35 Gewichtsprozent, bevorzugt bis hinauf zu 0.25 Gewichtsprozent. Eine geringe Menge an Magnesium kann vorteilhaft sein, was die Festigkeit und das Absenken der Dichte betrifft. Jedoch können übermäßige Mengen die Anfälligkeit für Korrosionsrisse unter Belastung erzeugen und bieten keine weiteren Vorteile, was Festigkeit und Dichtereduktion betrifft.Magnesium can be added if desired is preferred, in an amount up to 0.35 percent by weight, preferably up to 0.25 percent by weight. A small amount Magnesium can be beneficial in terms of strength and lowering the density concerns. However, excessive amounts the vulnerability for corrosion cracks generate under load and offer no further advantages in terms of strength and density reduction concerns.

Im Zusammenhang damit, die Legierungszusammensetzung in der obigen Aluminium-Lithium-Legierungszusammensetzung festzulegen, wird die Legierung durch die Schritte des Gießens, Homogenisierens, Warmbehandelns (z. B. durch Walzen, Schmieden, Extrudieren und Kombinationen davon), Warmbehandeln in der Lösung, Quenchen, Kaltbearbeitung (z. B. durch Verstrecken) und Altern verarbeitet, um einen Aluminium-Lithium-Gegenstand zu bilden, der die Verbesserungen in der Bruchfestigkeit in der S-L-Richtung hat.Related to the alloy composition in the above aluminum-lithium alloy composition The alloy is determined by the steps of casting, homogenization, heat treatment (e.g. by rolling, forging, extruding and combinations thereof), Heat treatment in the solution, Quenching, cold processing (e.g. by stretching) and aging, to form an aluminum-lithium item that the improvements in breaking strength in the S-L direction.

Als ein Teil dieser Verarbeitung wird die oben beschriebene Aluminium-Lithium-Legierung in einen Barren, einen Block oder eine andere Form gegossen, um eine geeignete Grundlage für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte zur Verfügung zu stellen. Wenn einmal die Form gegossen ist, kann sie entlastet werden, wie es aus der Technik bekannt ist, bevor homogenisiert wird. Die gegossene Form wird dann bei Temperaturen in dem Bereich von (930°F bis 1030°F) 499°C bis 554.4°C homogenisiert werden, über eine ausreichende Zeitdauer, um die löS-Lichen Elemente zu lösen und die interne Struktur des Metalls zu homogenisieren. Eine bevorzugte Ruhezeit für die Homogenisierung liegt in dem Bereich von 1 bis 36 Stunden, wobei längere Zeitdauern normalerweise den Gegenstand nicht nachteilig beeinflussen. Die Homogenisierung kann bei einer Temperatur durchgeführt werden oder in mehreren Schritten, wobei mehrere Temperaturen verwendet werden.As part of this processing the aluminum-lithium alloy described above is placed in an ingot, cast a block or other shape to a suitable foundation for the to provide subsequent processing steps. If once the mold is cast, it can be relieved as it is from the Technology is known before homogenization. The cast form is then homogenized at temperatures in the range of (930 ° F to 1030 ° F) 499 ° C to 554.4 ° C be about a sufficient period of time to solve the solving elements and to homogenize the internal structure of the metal. A preferred one Rest time for homogenization is in the range of 1 to 36 hours, with longer Time periods usually do not adversely affect the item. The homogenization can be carried out at one temperature or in multiple steps using multiple temperatures become.

Nach der Homogenisierung wird dann die gegossene Form warmbehandelt, um eine Grundlage zu bilden, so wie eine Folie, Platte, Extrusionen oder anderes Grundlagenmaterial, abhängig von der gewünschten Endverwendung des Gegenstandes aus Aluminium-Lithium-Legierung. Zum Beispiel könnte ein Barren, der einen rechtwinklig geformten Querschnitt hat, in eine Plattenform warmbehandelt werden. Da dieser Warmbehandlungsschritt in der Technik üblich ist, wird angenommen, daß eine weitere Beschreibung nicht notwendig ist, um die Erfindung zu verstehen.After homogenization is then the cast mold is heat treated to form a foundation, so like a film, plate, extrusion or other basic material, dependent of the desired end use of the object made of aluminum-lithium alloy. For example, a Ingot, which has a right-angled cross-section, into a Plate shape can be heat treated. Because this heat treatment step common in technology , it is assumed that a further description is not necessary to understand the invention.

Anschließend an den Warmbehandlungsschritt wird die warmbehandelte Form dann in der Lösung warmbehandelt und gequencht. Bevorzugt wird die warmbehandelte Form in der Lösung zwischen (930°–1030°F) 499° bis 554°C warmbehandelt, mit einer Zeit von weniger als einer Stunde bis hinauf zu mehreren Stunden. Diese in der Lösung warmbehandelte Form wird bevorzugt schnell gequencht, z. B. in Wasser von Umgebungstemperatur gequencht, um das unkontrollierte Ausfällen verfestigender Phasen in der Legierung zu verhindern oder zu minimieren. Das schnelle Quenchen kann auch einen nachfolgenden Luftkühlschritt umfassen, wenn gewünscht.After the heat treatment step the heat-treated form is then heat-treated and quenched in the solution. The heat-treated form is preferably heat-treated in the solution between (930 ° -1030 ° F) 499 ° to 554 ° C, with a time of less than an hour up to several Hours. This in the solution heat-treated form is preferably quenched quickly, e.g. B. in water from Ambient temperature quenched to solidify the uncontrolled failures Prevent or minimize phases in the alloy. The quick one Quenching can also include a subsequent air cooling step if desired.

Die gequenchte Form wird dann bevorzugt bis zu 8% verstreckt und künstlich in dem Temperaturbereich von (150° bis 400°F) 66° bis 204°C über eine ausreichende Zeit gealtert, um weiterhin die Zugfestigkeit zu vergrößern, z. B. bis zu 100 Stunden, abhängig von der Temperatur, zum Beispiel 24 Stunden bei (300°F) 149°C. Die verstreckte und gealterte Form ist dann bereit für den Einsatz in irgendeiner Anwendung, insbesondere einer Raumfahrt- oder Flugzeuganwendung. Als Alternative kann vor dem Altern die Form in einen Gegenstand geformt werden und dann gealtert werden.The quenched form is then preferably stretched up to 8% and artificially aged in the temperature range from (150 ° to 400 ° F) 66 ° to 204 ° C for a sufficient time to further increase tensile strength, e.g. B. up to 100 hours, depending on the temperature, for example 24 hours at (300 ° F) 149 ° C. The stretched and aged shape is then ready for use in any application, particularly an aerospace or aircraft application. Alternatively, the mold can be molded into an article before aging and then aged.

Um die unerwarteten Verbesserungen zu zeigen, die mit der vorliegenden Erfindung zusammenhängen, wurde ein Vergleich zwischen den Eigenschaften von Gegenständen gemacht, die aus Aluminium-Lithium-Legierungen des Standes der Technik hergestellt wurden, und Gegenständen, die aus Aluminium-Lithium-Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt worden sind. Bei diesem Vergleich wurden vier chemische Zusammensetzungen des Standes der Technik zusammen mit vier chemischen Zusammensetzungen gemäß der Erfindung ausgewählt. Eine Aluminium-Legierungsschmelze wurde aus jeder der acht chemischen Zusammensetzungen erstellt und durch Gießen, Homogenisieren, Warmbehandeln in Lösung, Quenchen, Verstrecken und Altern verarbeitet, um einen Gegenstand oder ein Produkt aus Aluminium-Lithium-Legierung herzustellen. Die Gegenstände aus Aluminium-Lithium-Legierung wurden dann Zug- und Bruchfestigkeitsprüfungen unterworfen, um die mechanischen Eigenschaften der chemischen Zusammensetzungen des Standes der Technik mit denjenigen, die der vorliegenden Erfindung entsprechen, zu vergleichen.To the unexpected improvements to show related to the present invention made a comparison between the properties of objects, which are made of aluminum-lithium alloys of the prior art and objects which are made of aluminum-lithium alloys according to the invention have been. In this comparison, four chemical compositions were used of the prior art together with four chemical compositions according to the invention selected. An aluminum alloy melt was made from each of the eight chemical ones Compositions created and poured, homogenized, heat treated in solution, Quenching, stretching and aging are processed to create an object or to manufacture a product from aluminum-lithium alloy. The objects made of aluminum-lithium alloy were then subjected to tensile and breaking strength tests, the mechanical properties of the chemical compositions of the prior art with those of the present invention correspond to compare.

Das Folgende fuhrt in Einzelheiten die eingesetzte Verarbeitung und Prüfverfahren aus, um die mechanischen Eigenschaften des Standes der Technik und der erfinderischen Aluminium-Lithium-Legierungsgegenstände zu vergleichen. Bei dem Vergleich werden die Gegenstände des Standes der Technik als Beispiele 1–4 bezeichnet und die Gegenstände der Erfindung werden als Beispiel 5–8 bezeichnet.The following gives details the processing and test methods used to determine the mechanical Compare properties of the prior art and the inventive aluminum-lithium alloy objects. In the comparison, the objects of the prior art as examples 1-4 designated and the objects of the invention are referred to as Examples 5-8.

Es sollte verstanden werden, daß die Verarbeitungsvariablen und chemischen Zusammensetzungen, die in den Beispielen 5–8 offenbart sind, Ausführungsformen der Erfindung sind.It should be understood that the processing variables and chemical compositions disclosed in Examples 5-8 are, embodiments of the invention.

Tabelle 1

Table 1

Anmerkungen zu Tabelle 1Notes on the table 1

1. Chemical compositions are at maximum Weight percent given when not shown as an area are.
2. In addition to the listed Elements, each alloy can contain further elements, whereby the maximum amount of each additional element does not exceed 0.05% by weight and the total of other elements does not exceed 0.15% by weight.

Beispiel 1example 1

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gew.-%, 2.84 Cu-1.36 Li-0.32 Mn-0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen war, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt von (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann zu einer (4'') 101.6 mm dicken Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden an der T/4-Ebene entsprechend ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung benutzen runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei W = (1.5'') 38.1 mm Kompaktzugelemente für die kurze Längsrichtung und W = (2'') 50.8 mm Kompaktzugelemente für die L-T- und T-L-Richtung benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 2 aufgelistet.An aluminum alloy made from in% by weight, 2.84 Cu-1.36 Li-0.32 Mn-0.1 Zr, the rest being aluminum and was contaminated was in an ingot with a cross section cast from (16 '') 406.4 mm and (45 '') 1143 mm wide. The ingot was at (950 ° F) 510 ° C over 36 hours homogenized, then to a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined at the T / 4 level according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and in the long transverse direction use round tension elements with (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction, round tension elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length were used. breaking strength was determined in the T / 4 level by the ASTM standard test E266, where W = (1.5 '') 38.1 mm compact cable elements for the short longitudinal direction and W = (2 '') 50.8 mm compact cable elements for the L-T and T-L directions were used. The result of these tests is listed in Table 2.

TABELLE 2 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 2 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 2Example 2

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.71 Cu–1.37 Li–0.32 Mn–0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS- Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'' 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 3 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.71 Cu – 1.37 Li-00:32 Mn 0.1 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tension elements with (0.160 '' 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. Breaking strength was determined in the T / 4 plane by the ASTM standard test E266, where Compact cable elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short one Longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 3.

TABELLE 3 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 3 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 3Example 3

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.77 Cu–1.33 Li–0.32 Mn–0.11 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 4 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.77 Cu – 1.33 Li-00:32 Mn 0:11 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tensile elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. Breaking strength was determined in the T / 4 plane by the ASTM standard test E266, where Compact cable elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short one Longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 4.

TABELLE 4 Chemische Zusammensetzung (Gew.%)

TABLE 4 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 4Example 4

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.89 Cu–1.36 Li–0.32 Mn–0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 510°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 5 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.89 Cu – 1.36 Li-00:32 Mn 0.1 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick plate heat treated. The plate was then placed in the solution in a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 510 ° C over 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tensile elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. Breaking strength was determined in the T / 4 plane by the ASTM standard test E266, where Compact cable elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short one Longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 5.

TABELLE 5 Chemische Zusammensetzung (Gew.%)

TABLE 5 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 5Example 5

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.78 Cu–1.21 Li–0.31 Mn–0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 6 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.78 Cu – 1.21 Li-00:31 Mn 0.1 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tensile elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. Breaking strength was determined in the T / 4 plane by the ASTM standard test E266, where Compact cable elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short one Longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 6.

TABELLE 6 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 6 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 6Example 6

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.86 Cu–1.28 Li–0.3 Mn–0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 7 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.86 Cu – 1.28 Li-0.3 Mn 0.1 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tensile elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. breaking strength was determined in the T / 4 level by the ASTM standard test E266, where compact train elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 7.

TABELLE 7 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 7 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 7Example 7

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.73 Cu–1.28 Li–0.3 Mn–0.1 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 8 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.73 Cu – 1.28 Li-0.3 Mn 0.1 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in The short transverse direction was carried out with round tension elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. breaking strength was determined in the T / 4 level by the ASTM standard test E266, where compact train elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 8.

TABELLE 8 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 8 Chemical composition (% by weight)

Beispiel 8Example 8

Eine Aluminiumlegierung, die aus, in Gewichtsprozent, 2.83 Cu–1.26 Li–0.32 Mn–0.11 Zr bestand, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, wurde in einen Barren mit einem Querschnitt mit (16'') 406.4 mm und (45'') 1143 mm Breite gegossen. Der Barren wurde bei (950°F) 510°C über 36 Stunden homogenisiert, dann in eine (4'') 101.6 mm dicke Platte warmbehandelt. Die Platte wurde dann in der Lösung in einem Warmbehandlungsofen bei einer Temperatur von (990°F) 532°C über 2 Stunden warmbehandelt und dann in Wasser gequencht. Die Platte wurde dann um 6% in der Längsrichtung bei Zimmertemperatur verstreckt. Für das künstliche Altern wurden die verstreckten Proben in einem Ofen bei (320°F) 160°C über 24 Stunden gealtert. Zugeigenschaften wurden in der T/4-Ebene gemäß ASTM B-557 bestimmt. Zugprüfungen in der Längsrichtung und in der langen Querrichtung verwendeten runde Zugelemente mit (0.5'') 12.7 mm Durchmesser und (1'') 25.4 mm EinheitS-Länge. Zugprüfungen in der kurzen Querrichtung wurden mit runden Zugelementen mit (0.160'') 4.1 mm Durchmesser und (0.5'') 12.7 mm EinheitS-Länge durchgeführt. Bruchfestigkeit wurde in der T/4-Ebene durch den ASTM-Standardtest E266 bestimmt, wobei Kompaktzugelemente mit W = (1.5'') 38.1 mm für die kurze Längs (S-L)-Richtung und Kompaktzugelemente mit W = (2'') 50.8 mm für die L-T- und T/L-Richtungen benutzt wurden. Das Ergebnis dieser Prüfungen ist in Tabelle 9 aufgelistet.An aluminum alloy made from in percent by weight, 2.83 Cu – 1.26 Li-00:32 Mn 0:11 Zr existed with the rest being aluminum and contaminants was cut into an ingot with a cross section of (16 '') 406.4 mm and (45 '') Cast 1143 mm wide. The ingot was kept at (950 ° F) 510 ° C for 36 hours homogenized, then into a (4 '') 101.6 mm thick Plate heat treated. The plate was then in solution a heat treatment oven at a temperature of (990 ° F) 532 ° C for 2 hours heat treated and then quenched in water. The plate was then by 6% in the longitudinal direction stretched at room temperature. For artificial aging, the Stretched samples aged in an oven at (320 ° F) 160 ° C for 24 hours. tensile Properties were determined in the T / 4 plane according to ASTM B-557. Tensile tests in the longitudinal direction and round traction elements used in the long transverse direction (0.5 '') 12.7 mm diameter and (1 '') 25.4 mm unit length. Tensile tests in the short transverse direction were made with round tensile elements with (0.160 '') 4.1 mm diameter and (0.5 '') 12.7 mm unit length. Breaking strength was determined in the T / 4 plane by the ASTM standard test E266, where Compact cable elements with W = (1.5 '') 38.1 mm for the short one Longitudinal (S-L) direction and compact train elements with W = (2 '') 50.8 mm for the L-T and T / L directions were used. The result of this exams is listed in Table 9.

TABELLE 9 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

TABLE 9 Chemical composition (% by weight)

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt, welche die Bruchfestigkeitswerte in den Tabellen 2 bis 9 in der S-L-Richtung mit Zugfestigkeitswerten in der S-T-Richtung korreliert. Wie es aus 1 offensichtlich ist, wird kein Kompromiß zwischen den Zugfestigkeiten zwischen den Beispielen des Standes der Technik und den Beispielen der Erfindung getroffen. Genauer liegen die Zugfestigkeitswerte des Standes der Technik im Bereich von unmittelbar oberhalb 372.3 MPa (54 KSI) bis fast 413.7 MPa (60 KSI). Im Vergleich liegen die Zugfestigkeitswerte bei den Beispielen gemäß der Erfindung im Bereich von gerade unterhalb 55 KSI bis gerade oberhalb 393 MPa (57 KSI). 1 zeigt, daß die Gegenstände, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, beträchtlich verbesserte Bruchfestigkeiten in der S-L-Richtung bieten, während akzeptable Festigkeitswerte in der S-T-Richtung beibehalten werden.The advantage of the present invention is in 1 shown, which correlates the breaking strength values in Tables 2 to 9 in the SL direction with tensile strength values in the ST direction. Like it out 1 Obviously, no compromise is made between the tensile strengths between the prior art examples and the examples of the invention. More precisely, the tensile strength values of the prior art are in the range from immediately above 372.3 MPa (54 KSI) to almost 413.7 MPa (60 KSI). In comparison, the tensile strength values in the examples according to the invention are in the range from just below 55 KSI to just above 393 MPa (57 KSI). 1 shows that the articles made in accordance with the present invention offer significantly improved breaking strengths in the SL direction while maintaining acceptable strength values in the ST direction.

2 veranschaulicht die unerwarteten Verbesserungen in der Bruchfestigkeit in der S-L-Richtung gegenüber dem Stand der Technik. Die Werte, die in 2 veranschaulicht sind, zeigen, daß die Bruchfestigkeit in der S-L-Richtung für die Beispiele 5–8 weit denen überlegen sind, die für die Beispiele 1–4 gezeigt sind. Diese Verbesserung, die zu dem Gehalt an Lithium in bezug steht, ist angesichts des Standes der Technik recht unerwartet. 2 illustrates the unexpected improvements in breaking strength in the SL direction over the prior art. The values in 2 illustrates that the tensile strength in the SL direction for Examples 5-8 is far superior to that shown for Examples 1-4. This improvement, related to the lithium content, is quite unexpected given the state of the art.

3 hebt die Tatsache hervor, daß die Verbesserungen in der Bruchfestigkeit in bezug zu dem Gehalt an Lithium bei den Legierungen steht. 3 zeigt, daß die Bruchfestigkeit in bezug auf den Kupfergehalt nicht stark variiert. Für die Beispiele 5–8 erscheint es, daß die Bruchfestigkeit relativ dieselbe bleibt, mit zunehmenden oder abnehmenden Mengen an Kupfer. In ähnlicher Weise variiert die Bruchfestigkeit der Beispiele 1–4 nicht stark bei zunehmendem oder abnehmendem Kupfergehalt. 3 highlights the fact that the improvements in fracture strength are related to the lithium content of the alloys. 3 shows that the breaking strength does not vary widely with respect to the copper content. For Examples 5-8, it appears that the breaking strength remains relatively the same with increasing or decreasing amounts of copper. Similarly, the breaking strength of Examples 1-4 does not vary much with increasing or decreasing copper content.

Mit Bezug wieder auf 2 wird vermutet, daß der Lithiumgehalt so gering wie 0.8 Gew.-% sein kann, wobei immer noch Verbesserungen in der Bruchfestigkeit gegeben und die ak zeptable Festigkeit in der kurzen Querrichtung eingehalten wird. Es wird weiter vermutet, daß dieselben Ergebnisse erhältlich sind, wenn man die erfinderische Verarbeitung gemäß den oben offenbarten weiten Verarbeitungsvariablenbereichen ausübt.With reference to again 2 it is believed that the lithium content can be as low as 0.8% by weight, still giving improvements in breaking strength and maintaining acceptable strength in the short transverse direction. It is further believed that the same results can be obtained if the inventive processing is carried out in accordance with the wide processing variable ranges disclosed above.

Demgemäß ist eine Erfindung mit bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden, die jede einzelne Aufgabe der vorliegenden Erfindung löst, wie es oben genannt ist, und ein neues und verbessertes Verfahren zum Verbessern der Bruchfestigkeit von Aluminium-Lithium-Legierungen in der kurzen Längsrichtung zur Verfügung stellt.Accordingly, an invention is preferred embodiments each individual object of the present invention solves how it is mentioned above, and a new and improved method for Improve the breaking strength of aluminum-lithium alloys in the short longitudinal direction to disposal provides.

Claims

Aluminum-lithium alloy article obtainable by the process steps of casting, Homogenization, heat treatment, heat treatment in solution, quenching, Cold treating and aging an aluminum alloy that is made from 2 to less than 1.3% by weight of lithium, 2.7-3.0% by weight copper, 0.30-0.32% by weight Manganese, up to 0.35% by weight magnesium, 0.04-0.18% by weight zircon, below 0.05% zinc and Grain refiners that from the group consisting of up to 0.2% by weight of titanium, up to 0.2% by weight boron, up to 0.2% by weight vanadium, up to 0.2% by weight Hafnium, up to 0.5% by weight scandium, up to 0.3% by weight chromium, selected are, with the rest aluminum and unavoidable impurities are.

Aluminum alloy article according to claim 1, where the homogenization and heat treatment in solution Temperatures of 499 ° C up to 554 ° C (930 to 1030 ° F) carried out become.

Aluminum alloy object according to one of the preceding claims, where the cold treatment is between 4 and 8% and the Aging temperature 149 ° C up to 177 ° C (300 to 350 ° F) is.

Aluminum alloy article according to any one of the preceding claims, in which the fracture strength in the short longitudinal direction (SL) is at least 68.5% of the breaking strength in the long transverse direction (TL).

Aluminum alloy object according to one of the preceding claims, in which the magnesium is up to 0.25% by weight.

Aluminum alloy object according to one of the preceding claims, where the hardness in the short longitudinal direction (S-L) at least 23.1 MPa √m (21.0 KSI √m) is.

Aluminum alloy article according to claim 6, with a yield strength of at least 377.14 MPa (54.7 KSI).

Process for producing an aluminum-lithium alloy object, with the steps of casting, Homogenization, heat treatment, heat treatment in solution, quenching, Cold treating and aging an aluminum alloy that is made from 1.2. to less than 1.3% by weight of lithium, 2.7-3.0% by weight copper, 0.30-0.32% by weight Manganese, up to 0.35% by weight of magnesium 0.04-0.18% by weight zircon, less than 0.05 wt% zinc and grain refiners, which consists of the group of up to 0.2% by weight of titanium, up to 0.2% by weight boron, up to 0.2% by weight vanadium, up to 0.2% by weight Hafnium, up to 0.5% by weight scandium, up to 0.3% by weight chromium, are selected, with the rest being aluminum and unavoidable impurities are.

The method of claim 8, wherein the homogenization and the heat treatment in solution at temperatures of 499 ° C up to 554 ° C (930 to 1030 ° F) carried out become.

The method of claim 8 or 9, wherein the cold treatment Stretch is between 4 and 8% and the aging temperature is 149 ° C to 177 ° C (300 to 350 ° F).

A method according to claims 8 to 10, wherein the Magnesium is up to 0.25 wt .-%.