DE69836569T3

DE69836569T3 - Verfahren zur Erhöhung der Bruchzähigkeit in Aluminium-Lithium-Legierungen

Info

Publication number: DE69836569T3
Application number: DE69836569.0T
Authority: DE
Inventors: Alex Cho; Michael Skillingberg; Richard Greene; Michael Niedzinski
Original assignee: Constellium Rolled Products Ravenswood LLC
Current assignee: Constellium Rolled Products Ravenswood LLC
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE69836569T2; ATE346963T1; ATE250675T1; DE69818448T2; EP1359232B1; EP1359232A2; EP0981653A1; DE69818448D1; ES2278093T3; WO1998033947A1; EP1359232B2; EP0981653B1; EP0981653A4; EP1359232A3; ES2278093T5; EP1359232B9; DE69836569D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen Richtung in Aluminium-Lithium-Legierungen und einem Produkt daraus, und insbesondere ein Verfahren, dass die Niveaus von Kupfer, Mangan, Lithium und Zirconium in den Legierungen kontrolliert, um die erhöhte Bruchzähigkeit zu erhalten.
Stand der Technik
Es ist gut bekannt, dass die Zugabe von Lithium als ein Legierungselement zu Aluminiumlegierungen zu vorteilhaften mechanischen Eigenschaften führt.
Aluminium-Lithium-Legierungen weisen Verbesserungen bei der Steifigkeit und der Festigkeit auf, während sie die Dichte reduzieren. Folglich finden diese Arten oder Legierungen Verwendung als strukturelle Materialien in Flugzeug- und Raumfahrtanwendungen. Beispiele von bekannten Aluminium-Lithium-Legierungen umfassen AA2097 und AA2197. Die chemischen Zusammensetzungen dieser Legierungen werden in Tabelle 1 unten gezeigt.
Probleme gibt es mit Aluminium-Lithium-Zoll (76,2 mm) oder größer hinsichtlich der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung.
Zähigkeitswerte in dieser Richtung neigen dazu, signifikant geringer als die Zähigkeitswerte in anderen Richtungen zu sein, wie z. B. der longitudinalen (L-T) Richtung oder der langen transversalen (T-L) Richtung.
Angesichts der Nachteile von Aluminium-Lithium-Legierungen mit Bezug auf die Bruchzähigkeit hat sich eine Notwendigkeit ergeben, ein Verfahren zur Erhöhung der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung für diese Arten von Legierungen bereitzustellen. In Antwort auf diese Notwendigkeit stellt die vorliegende Erfindung sowohl ein Verfahren als auch ein Produkt davon bereit, das die Bruchzähigkeit von Aluminium-Lithium-Legierungen in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung signifikant erhöht, wodurch ihre Eignung für mehr kommerzielle Anwendungen verbessert wird.
Die Patentanmeldung WO 9214855 offenbart in einem Ausführungsbeispiel Mg 0–0,25, Mn 0,1–1,0, Li 1,2–1,8 und Cu 2,5–3,2.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, die Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung von Aluminium-Lithium-Legierungen zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Lithium-Legierung mit einer erhöhten Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen Richtung bereitzustellen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aluminium-Lithium-Legierung mit kontrollierten Mengen von Kupfer, Lithium, Mangan, Zink und Zirkonium zu verwenden, um Erhöhungen der Bruchzähigkeit zu erzielen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Aluminium-Lithium-Legierungsprodukt mit sowohl einer erhöhten Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung. als auch einer akzeptablen Festigkeit in der kurzen transversalen Richtung bereitzustellen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, wenn eine Beschreibung davon fortschreitet.
Zur Erreichung der oben angegebenen Ziele und Vorteile stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, um die Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung von einem Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikeln zu erhöhen, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Aluminium-Legierung, bestehend im Wesentlichen aus (in Gewichtsprozent, alle folgenden Legierungs-Niveaus sind Gewichtsprozent, falls nicht anders angegeben): 2,7 bis 3,0% Kupfer, 0,8 bis weniger als 1,2% Lithium; 0,05 bis 0,8% Mangan, 0,04 bis 0,18% Zirconium; wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Die Aluminium-Legierung kann auch Kornfeinungselemente umfassen, wie z. B. mindestens eines von Bor, Titanium, Vanadium, Mangan, Hafnium, Scandium und Chrom. Vorzugsweise weist die Aluminium-Legierung nur Verunreinigungsniveaus von Zink auf, so dass die im Wesentlichen zinkfrei ist, mit z. B. weniger als 0,05 Gewichtsprozent Zink, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,02%.
Wenn der Lithiumgehalt zwischen ungefähr 1,2 bis 1,28 Gewichtsprozent kontrolliert wird, .um ein Produkt mit geringer Dichte mit einer guten Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen Richtung bereitzustellen, ist dies außerhalb des Schutzumfangs des Anspruchs. Mangan liegt vorzugsweise zwischen 0,30 und 0,32 Gewichtsprozent, wobei Zirconium bei ungefähr 0,10 Gewichtsprozent liegt. Es sollte erkannt werden, dass die Mengen von Legierungselementen, anders als die Mengen von Lithium und Kupfer, innerhalb der Bereiche liegen können, die im vorhergehenden Abschnitt beschrieben wurden.
In einer Modifizierung der Zusammensetzung, die im vorhergehenden Abschnitt beschrieben wurde, liegt der Lithiumgehalt in einem Bereich zwischen ungefähr 0,8% und weniger als 1,2, und der Kupfergehalt liegt zwischen ungefähr 2,8 and 3%. Diese Zusammensetzung sollte noch höhere kombinierte Eigenschaften von Bruchzähigkeit und Festigkeit mit einer geringfügig höheren Dichte bereitstellen. In diesem Zusammensetzungsbereich fällen zusätzliche Theta-Fällungspartikel (Al2Cu) zusätzlich zu T1-Fällungspartikeln (Al2CuLi) an den Korngrenzen aus. Dies würde die kombinierten Eigenschaften der Festigkeit und der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen Richtung erhöhen.
Magnesium kann, falls gewünscht, in einer Menge von bis zu 0,25 Gewichtsprozent zugegeben werden. Kleine Mengen von Magnesium können mit Bezug auf die Festigkeit und die Verringerung der Dichte vorteilhaft sein. Übermäßige Mengen können jedoch eine Anfälligkeit gegenüber Spannungskorrosionsrissen erzeugen und stellen keine weiteren Vorteile mit Bezug auf die Festigkeit und die Reduzierung der Dichte bereit.
Die Aluminium-Legierung wird in einen Barren gegossen und während eines gewählten Zeitraums homogenisiert. Der homogenisierte Barren wird dann in eine Form wie z. B. eine Platte warmbearbeitet und während eines gewählten Zeitraums lösungsgeglüht. Die lösungsgelühte Form wird dann abgeschreckt, vorzugsweise in Wasser, kaltbearbeitet, vorzugsweise durch Dehnung, und während eines gewählten Zeitraums ausgehärtet. Bei diesem Prozess zeigt die kaltbearbeitete (gedehnte) und ausgehärtete Form gleiche Festigkeiten aber einer höhere Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung als ähnliche Aluminium-Legierungen mit einem Lithiumgehalt von mehr als 1,38.
Die Homogenisierungs- und Lösungsglüh-Temperaturen liegen in einem Bereich zwischen ungefähr 940°F (505°C) und 975°F (524°C), und die Lösungsglüh-Temperaturen liegen in einem Bereich zwischen ungefähr 975°F (524°C) und 1000°F (538°C). Die bevorzugte Temperatur hängt oft von der bestimmten Legierungszusammensetzung ab, wie von einem Fachmann zu erkennen ist. Die Homogenisierungszeiten können ungefähr 8 bis 48 Stunden betragen, vorzugsweise ungefähr 24 bis ungefähr 36 Stunden. Lösungsglüh-Zeiten können in einem Bereich von ungefähr 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise ungefähr 1 Stunde bis 6 Stunden, insbesondere bei ungefähr 2 Stunden liegen, nachdem das Metall eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Platte kann ohne jede Kaltbearbeitung künstlich ausgehärtet werden. Es wird jedoch bevorzugt, zwischen ungefähr 4 und 8 Kaltbearbeitungen bereitzustellen, vorzugsweise durch Dehnen. Die Platte wird vorzugsweise künstlich zwischen ungefähr 300 und 350°F (149 und 177°C) während zwischen ungefähr 4 und ungefähr 48 Stunden ausgehärtet, vorzugsweise zwischen ungefähr 12 und ungefähr 36 Stunden, wobei die Aushärtungszeit eine Funktion der Aushärtungstemperatur ist.
Unter Verwendung des Prozesses der Erfindung wird ein Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikel hergestellt, der eine sehr stark erhöhte Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung aufweist. Der Bruchzähigkeitswert in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung ist mindestens ungefähr 689 der Bruchzähigkeit in der langen transversalen (T-L) Richtung. Während die Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikel der Erfindung eine erhöhte Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung aufweisen, haben die Dehngrenzen, die ungefähr 54 KSI übersteigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nun wird auf die Zeichnungen der Erfindung Bezug genommen, in denen:
1 die Erfindung mit dem Stand der Technik hinsichtlich der Dehngrenze in der kurzen transversalen Richtung und der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung vergleicht;
2 die Legierungsprodukte des Standes der Technik mit den Legierungsprodukten der Erfindung hinsichtlich des Lithiumgehalts und der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung vergleicht;
3 die Legierungsprodukte des Standes der Technik mit den Legierungsprodukten der Erfindung hinsichtlich des Kupfergehalts und der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung vergleicht.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die vorliegende Erfindung löst ein signifikantes Problem auf dem Gebiet von Aluminium-Lithium-Materialien für strukturelle Anwendungen wie z. B. diejenigen, die in der Raumfahrt- und Flugzeugindustrie zu finden sind. Das heißt, durch die Kontrolle der Zusammensetzungsmengen von Kupfer, Lithium, Mangan und Zirkonium in diesen Arten von Legierungen wird eine akzeptable Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen Richtung (S-L) mit einer akzeptablen Festigkeit in der kurzen transversalen Richtung (ST) erhalten. Diese unerwartete Erhöhung der Bruchzähigkeit in der S-L-Richtung ermöglicht die Verwendung dieser Arten von Legierungen in einer großen Vielzahl von strukturellen Anwendungen, die ein geringes Gewicht, eine hohe Festigkeit und Steifigkeit und eine gute Bruchzähigkeit erfordern.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Legierungselemente von Kupfer, Lithium, Mangan und Zirconium in den folgenden Bereichen kontrolliert, um die Erhöhungen in der Bruchzähigkeit zu erzielen: ungefähr 2,7 bis 3,0 Gewichtsprozent Kupfer, ungefähr 0,8 bis weniger als ungefähr 1,2 Gewichtsprozent Lithium, ungefähr 0,05 bis 0,8 Gewichtsprozent Mangan, ungefähr 0,04 bis 0,16 Gewichtsprozent Zirconium, wobei der Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Ein oder mehrere Kornfeinungselemente können auch zur Aluminium-Lithium-Zusammensetzung, wie oben beschrieben, zugegeben werden. Die Kornfeinungselemente können aus der Gruppe, bestehend aus Titanium in einer Menge von bis zu 0,2 Gewichtsprozent, Bor in einer Menge von bis zu 0,2 Gewichtsprozent, Vanadium in einer Menge von bis zu 0,2 Gewichtsprozent, Hafnium in einer Menge von bis zu 0,2 Gewichtsprozent, Scandium in einer Menge von bis zu 0,5 Gewichtsprozent und Chrom in einer Menge von bis zu 0,3 Gewichtsprozent ausgewählt werden. Vorzugsweise ist das Aluminium zinkfrei. Mit anderen Worten ist Zink nur als eine Verunreinigung und in Niveaus von weniger als 0,05 Gewichtsprozent vorhanden. Es wird davon ausgegangen, dass Zink in Niveaus, die über ein derartiges Verunreinigungsniveau hinausgehen, die mechanischen Eigenschaften dieser Arten von Aluminium-Lithium-Legierungen negativ beeinflusst.
Der Kupfergehalt sollte bei mehr als 2,7 Gewichtsprozent gehalten werden, um eine hohe Festigkeit zu erzielen, aber bei weniger als 3,0 Gewichtsprozent, um ungelöste Partikel während der Lösungsglühung zu vermeiden.
Höhere Niveaus von Kupfer werden aufgrund der niedrigen Niveaus von Lithium in der Legierung bevorzugt.
Der Lithiumgehalt sollte bei mehr als 0,8 Gewichtsprozent gehalten werden, um eine gute Festigkeit und eine geringe Dichte zu erzielen, aber bei weniger als 1,2 Gewichtsprozent, um einen Verlust der Bruchzähigkeit in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung zu vermeiden. Der Mangangehalt sollte bei weniger als 0,8 Gewichtsprozent gehalten werden, um große, nicht lösliche Partikel zu vermeiden, die nachteilig für die Bruchzähigkeit wären. Das Mangan sollte bei mehr als 0,05 Gewichtsprozent liegen, um die Korngröße und das homogene Gleitverhalten während des plastischen Verformungsprozesses zu kontrollieren.
Der Lithiumgehalt wird bei weniger als 1,2 Gewichtsprozent kontrolliert. Das Mangan liegt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,32 Gewichtsprozent, wobei das Kupferniveau in einem Bereich zwischen ungefähr 2,7 und 3,0 Gewichtsprozent liegt.
Magnesium kann, falls gewünscht, in einer Menge von vorzugsweise bis 0,25 Gewichtsprozent zugegeben werden. Kleine Mengen von Magnesium können mit Bezug auf die Festigkeit und die Verringerung der Dichte vorteilhaft sein. Übermäßige Mengen können jedoch eine Anfälligkeit gegenüber Spannungskorrosionsrissen erzeugen, und stellen keine weiteren Vorteile mit Bezug auf die Stärke und die Verringerung der Dichte bereit.
Zusammen mit der Spezifizierung der Legierungszusammensetzung in der oben angegebenen Aluminium-Lithium-Legierungszusammensetzung wird die Legierung durch die Schritte des Giessens, des Homogenisierens, des Wärmebearbeitens (z. B. durch Walzen, Schmieden, Extrudieren und Kombinationen daraus), des Lösungsglühens, des Abschreckens, des Kaltbearbeitens (z. B. durch Dehnen) und des Aushärtens verarbeitet, um einen Aluminium-Lithium-Artikel zu bilden, der die Erhöhungen der Bruchzähigkeit in der S-L-Richtung aufweist.
Als Teil dieser Verarbeitung wird die Aluminium-Lithium-Legierung, wie oben beschrieben, In einen Barren, in einen Block oder in eine andere Form gegossen, um einen ausreichenden Vorrat für die folgenden Verarbeitungsvorgänge bereitzustellen. Nachdem die Form gegossen ist, kann sie vor der Homogenisierung spannungsentlastet werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die gegossene Form wird dann bei Temperaturen im Bereich von 940°F bis 975°F, 505°C bis 524°C, während eines ausreichenden Zeitraums homogenisiert, um die löslichen Elemente zu lösen und die interne Struktur des Metalls zu homogenisieren. Eine bevorzugte Homogenisierungs-Verweilzeit liegt im Bereich von 1 bis 36 Stunden, während längere Zeiten den Artikel normalerweise nicht negativ beeinflussen. Die Homogenisierung kann bei einer Temperatur oder in zahlreichen Schritten unter Verwendung von mehreren Temperaturen durchgeführt werden.
Nach der Homogenisierung wird die gegossene Form dann warmbearbeitet, um einen Vorrat z. B. als Blech, Platte, Extrusionen oder als einem anderem Vorratmaterial in Abhängigkeit von der gewünschten Endverwendung des Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikels herzustellen. Zum Beispiel könnte ein Barren mit einem rechtwinklig geformten Querschnitt in eine Plattenform warmbearbeitet werden. Da dieser Schritt des Warmbearbeitens im Stand der Technik herkömmlich ist, wird eine weitere Beschreibung davon für das Verständnis der Erfindung nicht als erforderlich erachtet.
Nach dem Schritt des Warmbearbeitens wird die warmbearbeitete Form dann lösungsgeglüht und abgeschreckt. Vorzugsweise wird die warmbearbeitete Form zwischen 975° bis 1000°F (524° bis 538°C) während einer Zeit von weniger als einer Stunde bis zu mehreren Sunden lösungsgeglüht. Diese lösungsgeglühte Form wird vorzugsweise schnell abgeschreckt, z. B. in Wasser mit Umgebungstemperatur abgeschreckt, um eine nicht kontrollierte Ausfällung von Verstärkungsphasen in der Legierung zu verhindern oder zu minimieren.
Die schnelle Abschreckung kann auch einen darauf folgenden Schritt des Luftkühlens umfassen, falls gewünscht.
Die abgeschreckte Form wird dann vorzugsweise um bis zu 8 gestreckt und künstlich im Temperaturbereich von 150° bis 400°F (66° bis 204°C) während eines ausreichend langen Zeitraums abgehärtet, um die Dehngrenze weiter zu erhöhen, d. h. um bis zu 100 Stunden, je nach der Temperatur, z. B. 24 Stunden bei 300°F (149°C). Die gedehnte und abgehärtete Form steht dann für die Verwendung bei jeder Anwendung, insbesondere einer Raumfahrt- oder Flugzeuganwendung, bereit. Alternativ kann vor der Aushärtung die Form zu einem Artikel geformt und dann ausgehärtet werden.
Um die unerwarteten Verbesserungen zu zeigen, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, wurde ein Vergleich zwischen den Eigenschaften von Artikeln, die aus Aluminium-Lithium-Legierungen des Standes der Technik hergestellt sind, und Artikeln, die aus Aluminium-Lithium-Legierungen gemäß der Erfindung hergestellt sind, durchgeführt. In diesem Vergleich wurden vier chemische Zusammensetzungen des Standes der Technik zusammen mit vier weiteren chemischen Zusammensetzungen ausgewählt. Eine Aluminium-Legierungs-Schmelze wurde von jeder der acht chemischen Zusammensetzungen hergestellt und durch Giessen, Homogenisieren, Lösungsschweißen, Abschrecken, Dehnen und Aushärten hergestellt, um einen Artikel oder ein Produkt aus Aluminium-Lithium herzustellen. Die Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikel wurden dann einem Zug- und Bruchzähigkeits-Test unterzogen, um die mechanischen Eigenschaften der chemischen Zusammensetzungen des Standes der Technik mit denjenigen zu vergleichen, die der gegenwärtigen Erfindung entsprechen.
Im Folgenden werden verwendete Verarbeitung und die Testverfahren in Einzelheiten dargestellt, um die mechanischen Eigenschaften der Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikel des Standes der Technik und der Erfindung zu vergleichen. Im Vergleich werden die Artikel des Standes der Technik als Beispiele 1–4 bezeichnet, und die anderen Artikel werden als Beispiele 5–8 bezeichnet.
Es sollte davon ausgegangen werden, dass die Verarbeitungsvariablen, die in den Beispielen 5–8 offenbart werden, mit den Ansprüchen übereinstimmen. Tabelle 1
Beispiel 1

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,84 Cu – 1,36 Li – ,32 Mn. – .1 Zr, .wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebearbeitungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt. Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt. Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von .5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von .160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von 5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 .unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung .und der Kompaktzugprobe W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2.

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,84	1,36	,32	,1

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	62,7	54,3	3,6	S-L	18,4
LT	67,2	60,0	6,5	T-L	28
L	67,7	62,1	10	L-T	32
1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 2

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,71 Cu – 1,37 Li – ,32 Mn. – ,1 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt Spannungstests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 3 aufgelistet. Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,71	1,37	,32	,1

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	66,8	59,8	4,7	S-L	15,8
LT	68,1	61,9	6,5	T-L	29,1
L	70,4	65,8	9,5	L-T	32,7
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 3

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,77 Cu – 1,33 Li – ,32 Mn. – .11 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM 5-557 bestimmt Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 4 aufgelistet. TABELLE 4

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,77	1,33	‚32	‚11

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in*
ST	65,6	56,7	3,5	S-L	15,5
LT	68,7	62,0	6,0	T-L	26,8
L	70,7	65,5	11	L-T	28,1
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 4

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,89 Cu – 1,36 Li – ‚32 Mn – 0,1 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurden dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 5 aufgelistet. TABELLE 5

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,89	1,36	,32	,10

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	63,6	56,3	2,1	S-L	20,4
LT	64,7	57,2	8,0	T-L	30,8
L	76,5	60,7	10	L-T	32,2
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 5

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,78 Cu – 1,21 Li –‚ 31 Mn – 0,1 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 8% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt. Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E26 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 6 aufgelistet. TABELLE 6

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,78	1,21	,31	,1

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	62,5	54,7	3,6	S-L	26,6
LT	65,1	58	8,5	T-L	31,5

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
L	64,4	59,1	11,5	L-T	37,5
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 6

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,86 Cu – 1,28 Li – ,3 Mn – 0,1 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt. Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt. Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 7 aufgelistet. TABELLE 7

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,86	1,28	,30	,10

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	64	57,3	4,1	S-L	26,3
LT	66,4	59,4	7,5	T-L	34,2
L	66,4	61,3	9,5	L-T	40,1
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 7

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,73 Cu – 1,28 Li – ‚3 Mn – 0,1 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt. Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt. Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 8 aufgelistet. TABELLE 8

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,73	1,28	,30	,1

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	64,4	55,9	3,6	S-L	22,7
LT	65,4	58,8	7,5	T-L	33,1
L	64	59	12	L-T	38,5
* 1 KSI = 6,894757 MPa ** KSI √in = 1,0988434 MPa √m

Beispiel 8

Eine Aluminium-Legierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent, 2,83 Cu – 1,26 Li – ,32 Mn – 0,11 Zr, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen waren, 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) während 36 Stunden homogenisiert, dann zu einem Grobblech mit 4'' (101,6 mm) warmbearbeitet. Die Platte wurde dann in einem Wärmebehandlungsofen bei einer Temperatur von 990°F (532°C) während 2 Stunden lösungsgeschweißt und dann in Wasser abgeschreckt. Die Platte wurde dann um 6% in der longitudinalen Richtung bei Raumtemperatur gedehnt. Zur künstlichen Aushärtung wurden die gedehnten Proben in einem Ofen bei 320°F (160°C) während 24 Stunden ausgehärtet. Die Zugeigenschaften wurden auf der T/4-Ebene in Übereinstimmung mit ASTM B-557 bestimmt. Zugtests in der longitudinalen Richtung und der langen transversalen Richtung verwendeten runde Zugproben mit einem Durchmesser von ,5'' (12,7 mm) und einer Messlänge von 1'' (25,4 mm). Zugtests in der kurzen transversalen Richtung wurden mit runden Zugproben mit einem Durchmesser von ,160'' (4,1 mm) und einer Messlänge von ,5'' (12,7 mm) durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wurde auf der T/4 Ebene durch die ASTM-Standardpraxis E266 unter Verwendung der Kompaktzugproben W = 1,5'' (38,1 mm) für die kurze longitudinale Richtung (S-L) und der Kompaktzugproben W = 2'' (50,8 mm) für die L-T- und T-L-Richtungen bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests werden in Tabelle 9 aufgelistet. TABELLE 9

Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)
Cu	Li	Mn	Zr
2,83	1,26	,32	,11

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
ST	63,9	55,9	3,6	S-L	22,7
LT	65,4	58,8	7,5	T-L	33,1

Mechanische Eigenschaften
Testrichtung	Endgültige Festigkeit (KSI)*	Streckspannung (KSI)	Verlängerung %	Testrichtung	Bruchzähigkeit KSI √in**
L	64,0	59	12	L-T	38,5
* 1 KSI = 6,81,0988434 MPa √m ** KSI √in = 94757 MPa

Wie aus 1 offensichtlich ist, wird bei den Dehngrenzen kein Kompromiss zwischen den Beispielen des Standes der Technik und den anderen Beispielen gemacht. Insbesondere liegen die Dehngrenzwerte des Standes der Technik in einem Bereich von gerade über 54 KSI bis fast 60 KSI. Im Vergleich dazu liegen die Dehngrenzen der anderen Beispiele in einem Bereich von gerade unter 55 KSI bis gerade über 57 KSI.
2 veranschaulicht die unerwarteten Erhöhungen der Bruchzähigkeit in der S-L-Richtung gegenüber dem Stand der Technik. Die in 2 angegebenen Werte zeigen, dass die Bruchzähigkeit in der S-L-Richtung für Beispiele 5–8 weit über denjenigen liegt, die für die Beispiele 1–4 gezeigt werden. Diese Verbesserung, die sich auf den Lithiumgehalt bezieht, ist angesichts des Standes der Technik ziemlich unerwartet.
3 hebt die Tatsache hervor, dass die Erhöhungen der Bruchzähigkeit mit dem Lithiumgehalt in den Legierungen in Beziehung stehen. 3 zeigt, dass die Bruchzähigkeit mit Bezug auf den Kupfergehalt nicht stark variiert. Bei den Beispielen 5–8 scheint die Bruchzähigkeit bei zunehmenden oder abnehmenden Kupfermengen verhältnismäßig gleich zu bleiben. Ähnlich variiert die Bruchzähigkeit von Beispiel 1–4 bei zunehmendem oder abnehmendem Kupfergehalt nicht stark.
Erneut unter Bezugnahme auf 2 wird davon ausgegangen, dass der Lithiumgehalt so niedrig wie 0,8 Gew.% sein kann, während er immer noch zu Erhöhungen der Bruchzähigkeit führt und die akzeptable Stärke in der kurzen transversalen Richtung beibehält Es wird weiter davon ausgegangen, dass die gleichen Ergebnisse erhalten werden können, wenn der Prozess in Übereinstimmung mit den breiten Bereichen der Prozessvariablen durchgeführt wird, die oben offenbart werden.

Dementsprechend wurde eine Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele davon offenbart, die alle und jede einzelne der Aufgaben der vorliegenden Erfindung erfüllen, die oben angegeben werden, und ein neues und verbessertes Verfahren bereitstellt, um die Bruchzähigkeit der kurzen longitudinalen Richtung von Aluminium-Lithium-Legierungen zu erhöhen. Fig

Fig. 1	Fig. 1
TYS vs. Kic S-L-direction	TYS vs. Kic S-L-Richtung
4'' gauge 2179-T8 plate	4'' Messung 2179-T8 Platte
Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Direction	Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Richtung
Figure 1	Fig. 1
Example	Beispiel

Fig. 2	Fig. 2
Fracture Toughness in S. L-direction vs. Lithium content	Bruchzähigkeit in S-L-Richtung vs. Lithiumgehalt
4 inch gauge 2197-T8 plate	4 Zoll Messung 2179-T8 Platte
Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Direction	Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Richtung
Figure 2	Fig. 2
Lithium (weight percent)	Lithium (Gewichtsprozent)
Example	Beispiel

Fig. 3	Fig. 3
Fracture Toughness in S-L vs Cu	Bruchzähigkeit in S-L vs Cu
4 inch gauge 2197-T8 temper	4 Zoll Messung 2197-T8 Temper
4 inch gauge 2197-T8 plate	4 Zoll Messung 2179-T8 Platte
Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Direction	Kic (ksi* sqrt-in) in S-L Richtung
Example	Beispiel
Figure 3	Fig. 3
Copper (weight percent)	Kupfer (Gewichtsprozent)

Claims

Methode der Herstellung eines Aluminium-Lithium-Legierungs-Artikels, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Aluminiumlegierung, bestehend aus, in Gewichtsprozent: 2,7 bis 3,0% Kupfer; 0,8 bis weniger bis 1,2% Lithium; 0,05 bis 0,8% Mangan; bis zu 0,25% Magnesium; 0,04 bis 0,18% Zirconium; optional ein oder mehrere Kornfeinungselemente, die aus der Gruppe gewählt werden, welche aus bis zu 0,2% Titan; bis zu 0,2% Bor; bis zu 0,2% Vanadium; bis zu 0,2% Hafnium; bis zu 0,5% Scandium; und bis zu 0,3% Chrom besteht; Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen; b) Gießen der Aluminiumlegierung in einen Barren ; c) Homogenisieren des Barrens bei zwischen 940°F und 975°F (505°C bis 524°C); d) Warmbearbeiten des homogenisierten Barrens in eine warmbearbeitete Form; e) Lösungsglühen der warmbearbeiteten Form bei zwischen 975° und 1000°F (524° bis 538°C); f) Abschrecken der lösungsgeglühten Form; und g) Kaltbearbeiten und Ausharten der abgeschreckten Form.
Methode nach Anspruch 1, wobei die Form zwischen 4 und 8% gedehnt und dann bei zwischen 150° und 400°F (66° bis 204°C), und vorzugsweise bei zwischen ungefähr 300° und 350°F (149° bis 177°C) ausgehärtet wird.
Methode nach Anspruch 1, wobei der Lithiumgehalt weniger als 1,2% vom Gewicht und der Kupfergehalt mehr als 2,8% vom Gewicht beträgt.
Methode nach Anspruch 1, wobei sich der Zirkoniumgehalt zwischen 0,04 und 0,16% bewegt.
Methode nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Aluminiumlegierung im Wesentlichen zinkfrei ist.
Methode nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der besagte Aluminium-Lithium-Artikel ein Grobblech ist.
Methode nach Anspruch 1, wobei die Bruchzähigkeit des Blechs in der kurzen longitudinalen (S-L) Richtung zumindest etwa 68,5% der Bruchzähigkeit des Blechs in der langen transversalen (T-L) Richtung beträgt.