JPH0447019B2 - - Google Patents

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JPH0447019B2
JPH0447019B2 JP59061260A JP6126084A JPH0447019B2 JP H0447019 B2 JPH0447019 B2 JP H0447019B2 JP 59061260 A JP59061260 A JP 59061260A JP 6126084 A JP6126084 A JP 6126084A JP H0447019 B2 JPH0447019 B2 JP H0447019B2
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JP
Japan
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alloy
strength
aluminum
alloys
copper
Prior art date
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Application number
JP59061260A
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Japanese (ja)
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JPS602644A (en
Inventor
Shinkureaa Miraa Uiriamu
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Rio Tinto Alcan International Ltd
Original Assignee
Alcan International Ltd Canada
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Filing date
Publication date
Application filed by Alcan International Ltd Canada filed Critical Alcan International Ltd Canada
Publication of JPS602644A publication Critical patent/JPS602644A/en
Publication of JPH0447019B2 publication Critical patent/JPH0447019B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

技術分野 本発明は、航空宇宙機体構造に特に適している
アルミニウム/リチウム(Al/Li)合金の高強
度アルミニウム合金に関するものである。 従来技術 このような合金は、他のアルミニウム合金より
も20%以下の注目に値する重量低減を可能にする
ことに魅力があり、そしてこれら合金には高い強
さと剛性がありかつ良好な耐食性を有する。しか
しながら、これまでAl/Li合金は他の航空機用
合金と比べて破壊靭性のような他の特性での低下
に悩まされそして鋳造とその後の加工がむずかし
かつた。 これまでに提案されたほとんどのAl/Li合金
は、Al/Li/Mg系(例えばLi2.1%およびMg5.5
%含有)にか又は粉末治金での従来の航空宇宙用
合金への比較的に高レベルのリチウム添加、例え
ば、合金2024への3%以上のLi添加を用いること
にかのいずれかに基づいていた。最近ではMgお
よびCuの添加が提案され、例えば、Li3%以上、
Cu約1.5%、Mg約2%およびZr約0.18%の添加で
ある。このことは合金に改善された破壊靭性を与
えかつ熱間および冷間加工を容易にする。 発明の概要 私達は、製造およびその後の加工の容易につい
ての付加改善は合金のリチウム、マグネシウムお
よび銅含有量をさらに変更することによつておよ
び鋳造インゴツトから作つた熱間圧延ブランクに
特定熱処理を施すことによつて達成できることを
見出した。また、私達は、直接急冷鋳造法
(Direct Chill Casting Process、すなわち、半
連続鋳造法)で大きなインゴツトに鋳造すること
のできるAl/Li合金を提供する。 本発明の一面によると、重量%で下記範囲の組
成: リチウム 2.3〜2.9%; マグネシウム 0.5〜1.0%; 銅 1.6〜2.4%; ジルコニウム 0.05〜0.25%;および アルミニウム 残部(付随的不純物を含む) を有し、時効処理後の引張強度のピーク値が
480MPa以上であり、かつ密度が純アルミニウム
の95%以下である成形性の良い高強度アルミニウ
ム合金が提供される。 Al/Li合金は基本的に低密度・高剛性合金で
あり、本発明に係るAl/Li合金でもリチウムの
含有量が多いほど低密度化が図れ、Al/Li合金
組成と密度との間には次式の関係がある。 密度=2.71+0.024Cu+0.018Zn−0.079Li−
0.01Mg ここで、密度の単位はg/cm3であり、各元素は重
量%である。 本発明での特許請求の範囲第1項にて規定した
組成範囲で、密度にとつて最も大きくする組成は
2.3%リチウム、2.4%銅および0.5%マグネシウム
であり、これら上記式に代入して計算して得た密
度は純アルミニウムの約95%である。一方、密度
を最も小さくする組成は2.9%リチウム、1.0%マ
グネシウムおよび1.6%銅であり、このときの密
度は純アルミニウムの92.6%である。 リチウムの含有量を増やすにつれて、密度を小
さくすることができるが、加工中や使用中に
Al/Li合金の脆性が大きくなつて加工がむずか
しくなるので、2.9%を上限とする。この脆性増
大は、もろい金属間化合物相、デルタ相およびC
相がリチウム増加につれて形成される合金傾向と
一致している。一方、リチウム含有量の下限は、
密度での有効な低下を得るに必要な量である。 マグネシウムは合金密度については比較的小さ
い低下効果しかないが、1%までの含有量にて強
度向上効果がある。1%を越えると、強度向上は
顕著でなくかつ靭性が低下することになる。マグ
ネシウム含有量の下限は、適切な強度向上効果の
現われることと、金属間化合物相の析出に対する
銅対マグネシウム(Cu:Mg)割合による影響と
によつて設定される。 銅は強度を高めるために添加するが、上述式に
したがつて密度を上げる。銅含有量の上限は、リ
チウムの含有量と、金属間化合物の析出を制御す
る必要なマグネシウム量との関係とによつて設定
される。下限量は適切な強度向上効果の現われる
量として設定される。 銅対マグネシウムの割合は、S相(Al−Cu−
Mg化合物)およびT1相(Al−Cu−Li化合物)
の2つの金属間化合物の出現によつてある程度規
定される。S相は機械的特性を向上させ、一方、
T1相は機械的特性を低下させる。したがつて、
S相形成を助けるように銅対マグネシウムの割合
を設定することでAl/Li合金により好ましい特
性を与える(破壊靭性および強度を高める)こと
ができ、その割合は1.6:1から4.8:1までの範
囲であり、3:1が好ましい。 ジルコニウムは結晶粒微細化元素として添加さ
れる。ジルコニウム含有量下限(0.05%)はその
有効作用が現われる量であり、一方、上限(0.25
%)溶融アルミニウムに確実に溶解される量であ
る。 0.5%以下のチタン、0.5%以下のマンガン、0.5
%以下のニツケルおよび0.5%以下のクロムの少
なくとも一種の元素を任意添加することが、次の
ようなことから好ましい。 チタンは鋳放し品での粒径と制御するために添
加される。破壊靭性を低下させる大きな金属間化
合物(TiAl3)粒子形成を回避するためにチタン
添加量の上限(0.5%)が設定される。マンガン
は再結晶製品(シート)を製造する際および引張
強度の低下を伴なうにもかかわらず破壊靭性を改
善する場合に添加される。冷間加工品をアニール
するときに、マンガンは再結晶化を促進する。マ
ンガン量が多すぎると(0.5%を越えると)、破壊
靭性に悪影響を与えるMnAl6や他の金属間化合
物の粗粒析出を招き易くなる。ニツケルは上述の
マンガンと同様な理由で添加されかつ上限が設定
され、金属間化合物はニツケルを含有しているも
のである。そして、クロムは、冷間加工した品を
アニールするときに再結晶化を妨げるのを助ける
のが添加理由である。クロムは合金組成中に微細
な析出物を形成し、これが再結晶を抑制する。ク
ロム量が多すぎると(0.5%を越えると)、破壊靭
性を低下させる金属間化合物粗粒を招くことにな
る。 熱間および冷間圧延のような方法による機械的
変形がシート又はストリツプ形態での金属材料中
に結晶学的に好ましい配向の発現を招くことはか
なり前から認められていた。このことはいくつか
のやり方で証明されており、その多くは製品の特
性にとつてかなり有害である。特に、機械的特性
の異方性は、加工された又は加工されてアニール
された製品に強さおよび延性がシート又はストリ
ツプの面内での方向にしたがつて認められるほど
変化する結果になり、これら特性は測定される。
これらの結果は1000,3000又は5000系(アメリカ
アルミニウム協会によつて名づけられた)の合金
のような簡単なアルミニウムベース合金において
は一般的であり、しかし航空機構造に通常使用さ
れる2000および7000系のアルミニウム合金におい
ては有害な結果となることはない。 しかしながら、アルミニウム−リチウムベース
合金の開発での実験から、合金を2000および7000
系合金に用いるのと同様な経過によつて処理する
ときには特性の異方性がかなりの難問となるる。
加えてFe対Siの比の制御のような1000,3000お
よび5000系合金に従来適用された異方性の制御技
術はアルミニウム−リチウムベース合金に適用で
きない、なぜならば鉄のレベルが必然的に低く保
たれているからである。したがつて、機械的特性
の異方性および特に伸びを合金での許容範囲内に
制御するために特別な熱的および機械的な処理技
術を開発する必要がある。 1983年3月31日に出願した私たちの係属中のイ
ギリス出願第8308907号(特開昭59−197551号)
において、Al/Li合金に普通に適用可能な熱処
理技術を開示し、そしてこのことは本発明の合金
に特に適している。 したがつて、本発明に係る合金をシート又はス
トリツプに製造する方法は、(a)本発明に係るアル
ミニウム合金のインゴツトを直接急冷鋳造法によ
つて作り、(b)該インゴツトを1回又は多段で熱間
圧延して熱間ブランクを作り、(c)この熱間ブラン
クをリチウム、マグネシウムおよび銅の実質的に
全ておよび亜鉛を固溶体状態にする温度および時
間にて保持し、(d)この熱間ブランクを確実に冷却
し;(e)冷却したブランクにさらに熱処理を施して
固溶体中にこれら時効硬化相を析出させ;(f)その
熱処理を継続して粗粒の過時効構造を作り、その
後に、(g)このブランクを冷間圧延してシート又は
ストリツプを形成して、このシート又はストリツ
プのあらゆる位置にてかつあらゆる方向において
その伸び特性のばらつきを圧延方向での伸び特性
から2.0%以内にしている;を含んでなる。シー
ト又はストリツプは、そのあらゆる位置にてかつ
あらゆる方向において、その引張り強さ特性のば
らつきが圧延方向での特性から25MPa(0.2%耐応
力および引張り応力)以下だけ変化する。 熱間ブランクの初期保持温度は480℃と540℃と
の間でありかつその時間は20分と120分との間で
あり、これらはブランクの厚さおよびブランクの
先行熱履歴に依存している。熱間ブランクが480
℃以下の温度に下がつたならば、このブランクは
再加熱されてLi,Mg,CuおよびいくらかのZrを
溶体化する。 好ましくは、熱間ブランクは12.5mmないし3mm
の厚さである。シート又はストリツプは10mm以
下、好ましくは、5mm以下の厚さであろう。望ま
しくは、熱間ブランクは確実に冷却される。 確実な冷却をその後の熱処理(further heat
treatment)の温度にて止め、その結果確かな冷
却と熱処理ステツプとが一緒にされてもよい。こ
の熱処理は一般的に300ないし400℃の間の温度に
て8ないし16時間の期間であろう。 ブランクのこの熱処理が冷間圧延されたシート
又はストリツプの異方性を制御するだけでなく、
その後の冷間圧延を容易にし、超塑性合金の場合
にはその超塑性特性を高める。 本発明を下記実施例に関連してかつ添付図面を
参照してさらに説明する。 銅対マグネシウムの比が、従来提案された合金
組成に比べて満足できる破壊靭性の高められた強
さを達成することのできる合金においては重要特
色であるとわかつた。このことは、3種類の合金
組成についての示差走査熱量測定曲線を示す第1
図に例証されている。2.5%Li、2.0%Cu、0.7%
Mgおよび0.12%Zrを有するアルミニウム合金に
ついて第1曲線(a)は約200℃および約325℃に時効
処理でのピークを示している。200℃でのピーク
はAl/Li3相に起因しており、そして325℃での
ピークはS相(Al−Cu−Mg)および平衡Al/
Li相の組合せ析出に起因している。Mgについて
は本発明の限定より低い2.5%Li、2.0%Cu、0.45
%Mgおよび0.12Zrを有するアルミニウム合金の
曲線(b)において、250℃と285℃との間に平坦な底
があり、これはS相の析出欠如を示している。最
後に、Mgについては本発明の限定より多い2.5%
Li、2.0%Cu、1.1%Mgおよび0.12Zrを有するア
ルミニウム合金の曲線(c)において、約140℃にAl
−Cu−Mg付加析出メカニズムが存在する。 Al/Liベース合金は変形中にすべりを分散す
ることのないAl/Li3析出による低い延性および
低い破壊靭性を有することが良くわかつていた。
本発明に係る合金は、すべりを分散させて強さ、
延性および靭性を高めるS相の析出を極限まで増
加させる。 実施例 1 合金組成(重量%) リチウム 2.5 マグネシウム 0.6 銅 2.1 ジルコニウム 0.14 クロム 0.05 チタン 0.013 アルミニウム 残部(付随的な不純物を含む) 合金を508mm×178mm300Kgインゴツトとして直
接急冷鋳造方式にて鋳造した。次にインゴツトを
540℃にて16時間均質化し、皮剥きして表面欠陥
を除去した。そして、インゴツトを540℃まで再
加熱し、25mm板に熱間圧延した。 板を540℃にて1時間溶体化処理し、冷水急冷
し、2%永久伸びまで引き伸ばしそして材料の引
張り強さを170℃での各種期間の時効後に評価し
た。長手引張り特性を比較合金2014−T651およ
び7010−T7651の最小規定特性レベルと比較して
第2図に示す。合金は比較合金の最小必要条件を
かなり越えた強さレベルを有すると示されてい
る。容体化処理後の時効処理(170℃にて60時間
の時効で、引張強度がピーク値となる)におい
て、合金はその0.2%耐力が同じ厚さの2014−
T651板での典型的なものより約100MPa高くか
つ引張り強さが2014−T651板での典型的なもの
より約80MPa高い。さらに、合金は2014−T651
よりも2.0%高い破壊靭性を有することがわかつ
た(両方の材料を完全に熱処理された状態で試験
した)。 全ての熱処理がされた状態の合金は、全ての規
定された航空宇宙用アルミニウム合金と比較し
て、密度が8−10%低くかつ弾性率が10−15%高
い。 実施例 2 リチウム 2.8% マグネシウム 0.9% 銅 21.8% ジルコニウム 0.12% アルミニウム 残部(付随的な不純物を含む) 合金を508mm×178mm300Kgインゴツトとして直
接急冷鋳造方式にて鋳造した。次に、インゴツト
を540℃にて16時間均質化し、皮剥きして表面欠
陥を除去した。そして、インゴツトを540℃まで
再加熱し、5mm厚の熱間ブランクに熱間圧延し
た。 ブランクを私達の係属中のイギリス出願第
8308907号に詳述した熱処理スケジユールに従つ
て熱処理した。特に、5mm厚の熱間ブランクを
540℃にて1時間溶体化処理し、空冷し、そして
350℃にて16時間の過時効処理した。 次に、ブランクを冷間圧延して厚さ範囲4mm〜
0.8mmで2m×1mサイズのシートを必要な中間焼
なましで生産した。圧延シートを540℃にて20分
間溶体化処理し、冷水急冷し、そして170℃にて
時効した。第1表に1.6mm厚さシートについてT6
(引き伸ばしなし)テンパーおよびT8(時効前に
2%の引き伸ばし)テンパーにおける時効時間に
よる引張り特性の変化を示し、引張り特性を長手
方向および横方向について測定した。同様な特性
レベルが4.0mmないし0.8mmの厚さ範囲でのシート
材料においても達成された。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to high strength aluminum alloys, aluminum/lithium (Al/Li) alloys, which are particularly suitable for aerospace vehicle structures. PRIOR ART Such alloys are attractive because they allow a notable weight reduction of less than 20% over other aluminum alloys, and these alloys have high strength and stiffness and good corrosion resistance. . However, to date, Al/Li alloys have suffered from reductions in other properties, such as fracture toughness, compared to other aircraft alloys, and have been difficult to cast and subsequently process. Most Al/Li alloys proposed so far are based on the Al/Li/Mg system (e.g. Li2.1% and Mg5.5
%) or by using relatively high levels of lithium addition to conventional aerospace alloys in powder metallurgy, e.g. 3% or more Li addition to alloy 2024. was. Recently, the addition of Mg and Cu has been proposed, for example, Li3% or more,
The additions are about 1.5% Cu, about 2% Mg, and about 0.18% Zr. This gives the alloy improved fracture toughness and facilitates hot and cold working. SUMMARY OF THE INVENTION We have made additional improvements in ease of manufacture and subsequent processing by further modifying the lithium, magnesium and copper content of the alloy and by applying specific heat treatments to hot rolled blanks made from cast ingots. I discovered that it can be achieved by applying We also provide Al/Li alloys that can be cast into large ingots using the Direct Chill Casting Process (ie, semi-continuous casting process). According to one aspect of the invention, the composition in weight percent ranges from: lithium 2.3-2.9%; magnesium 0.5-1.0%; copper 1.6-2.4%; zirconium 0.05-0.25%; and aluminum balance (including incidental impurities). The peak value of tensile strength after aging treatment is
Provided is a high-strength aluminum alloy with good formability that has a strength of 480 MPa or more and a density that is 95% or less of pure aluminum. Al/Li alloy is basically a low-density, high-rigidity alloy, and even in the Al/Li alloy according to the present invention, the density can be lowered as the lithium content increases, and there is a difference between the Al/Li alloy composition and density. has the following relationship. Density = 2.71 + 0.024Cu + 0.018Zn−0.079Li−
0.01Mg Here, the unit of density is g/cm 3 and each element is % by weight. In the composition range defined in claim 1 of the present invention, the composition that maximizes the density is
It contains 2.3% lithium, 2.4% copper and 0.5% magnesium, and the density calculated by substituting these into the above formula is about 95% of pure aluminum. On the other hand, the composition that minimizes the density is 2.9% lithium, 1.0% magnesium, and 1.6% copper, and the density at this time is 92.6% of pure aluminum. As the lithium content increases, the density can be reduced, but during processing and use
The upper limit is set at 2.9% because the Al/Li alloy becomes more brittle and becomes difficult to process. This increased brittleness is due to the brittle intermetallic phase, delta phase and C
This is consistent with the tendency of alloying phases to form as lithium increases. On the other hand, the lower limit of lithium content is
This is the amount necessary to obtain an effective reduction in density. Magnesium has a relatively small reducing effect on alloy density, but has a strength improving effect at contents up to 1%. If it exceeds 1%, the strength improvement will not be significant and the toughness will decrease. The lower limit of the magnesium content is set by the appearance of an appropriate strength-enhancing effect and the influence of the copper to magnesium (Cu:Mg) ratio on the precipitation of intermetallic phases. Copper is added to increase strength, but increases density according to the above formula. The upper limit of the copper content is set by the relationship between the lithium content and the required amount of magnesium to control the precipitation of intermetallic compounds. The lower limit amount is set as the amount that provides an appropriate strength-improving effect. The ratio of copper to magnesium is determined by the S phase (Al-Cu-
Mg compound) and T 1 phase (Al-Cu-Li compound)
is defined in part by the appearance of two intermetallic compounds. The S phase improves mechanical properties, while
T1 phase reduces mechanical properties. Therefore,
Setting the copper to magnesium ratio to favor S phase formation can give Al/Li alloys more favorable properties (increasing fracture toughness and strength), with ratios ranging from 1.6:1 to 4.8:1. 3:1 is preferred. Zirconium is added as a grain refining element. The lower limit of zirconium content (0.05%) is the amount at which its effective effect appears, while the upper limit (0.25%)
%) is the amount that can be reliably dissolved in molten aluminum. Titanium up to 0.5%, manganese up to 0.5%, 0.5
It is preferable to optionally add at least one element of nickel of 0.5% or less and chromium of 0.5% or less for the following reasons. Titanium is added to control grain size in the as-cast product. An upper limit for titanium addition (0.5%) is set to avoid the formation of large intermetallic compound (TiAl 3 ) particles that reduce fracture toughness. Manganese is added when producing recrystallized products (sheets) and to improve fracture toughness, albeit with a reduction in tensile strength. When annealing cold-worked products, manganese promotes recrystallization. If the amount of manganese is too large (more than 0.5%), coarse grain precipitation of MnAl 6 and other intermetallic compounds, which adversely affect fracture toughness, tends to occur. Nickel is added for the same reason as manganese, and an upper limit is set, and the intermetallic compound contains nickel. And the reason chromium is added is to help prevent recrystallization when annealing cold-worked items. Chromium forms fine precipitates in the alloy composition that inhibit recrystallization. If the amount of chromium is too large (more than 0.5%), it will lead to intermetallic compound coarse particles that reduce fracture toughness. It has long been recognized that mechanical deformation by methods such as hot and cold rolling leads to the development of crystallographically preferred orientations in metallic materials in sheet or strip form. This has been demonstrated in several ways, many of which are quite detrimental to the properties of the product. In particular, anisotropy in the mechanical properties results in the strength and ductility of the fabricated or fabricated and annealed product being appreciably changed with direction in the plane of the sheet or strip; These properties are measured.
These results are typical for simple aluminum-based alloys such as the 1000, 3000 or 5000 series (named by the Aluminum Institute of America) alloys, but for the 2000 and 7000 series commonly used in aircraft structures. There are no harmful consequences for aluminum alloys. However, experiments in the development of aluminum-lithium based alloys have shown that alloys with 2000 and 7000
The anisotropy of properties poses a considerable challenge when processed through a similar process to that used for alloys.
In addition, anisotropy control techniques traditionally applied to 1000, 3000 and 5000 series alloys, such as controlling the Fe to Si ratio, cannot be applied to aluminum-lithium based alloys because iron levels are necessarily low. This is because it is preserved. Therefore, special thermal and mechanical processing techniques need to be developed to control the mechanical properties anisotropy and especially elongation within acceptable limits in the alloy. Our pending UK Application No. 8308907 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 197551) filed on March 31, 1983
discloses a heat treatment technique commonly applicable to Al/Li alloys, and which is particularly suitable for the alloys of the present invention. Therefore, the method for manufacturing the alloy according to the present invention into a sheet or strip is as follows: (a) producing an ingot of the aluminum alloy according to the present invention by direct quench casting, and (b) casting the ingot in one or multiple stages. (c) holding the hot blank at a temperature and time that causes substantially all of the lithium, magnesium, and copper and zinc to be in solid solution; and (d) hot rolling the hot blank at (e) further heat-treat the cooled blank to precipitate these age-hardened phases in solid solution; (f) continue the heat treatment to create a coarse-grained overaged structure; (g) cold rolling the blank to form a sheet or strip such that the sheet or strip has a variation in its elongation properties at any location and in all directions within 2.0% of the elongation properties in the rolling direction; Contains; The sheet or strip has a variation in its tensile strength properties at every location and in every direction that varies from its properties in the rolling direction by less than 25 MPa (0.2% stress plus tensile stress). The initial holding temperature of the hot blank is between 480°C and 540°C and the time is between 20 and 120 minutes, which are dependent on the thickness of the blank and the prior thermal history of the blank. . Hot blank is 480
Once the temperature has fallen below °C, the blank is reheated to solutionize the Li, Mg, Cu, and some Zr. Preferably the hot blank is 12.5mm to 3mm
The thickness is . The sheet or strip will be less than 10 mm thick, preferably less than 5 mm thick. Desirably, the hot blank is reliably cooled. Further heat treatment ensures reliable cooling.
treatment), so that certain cooling and heat treatment steps may be combined. This heat treatment will generally be for a period of 8 to 16 hours at a temperature between 300 and 400°C. This heat treatment of the blank not only controls the anisotropy of the cold rolled sheet or strip;
Facilitates subsequent cold rolling and, in the case of superplastic alloys, enhances their superplastic properties. The invention will be further described in connection with the following examples and with reference to the accompanying drawings. The copper-to-magnesium ratio has been found to be a key feature in an alloy that can achieve increased strength with satisfactory fracture toughness compared to previously proposed alloy compositions. This shows that the first differential scanning calorimetry curve for the three alloy compositions is
Illustrated in fig. 2.5%Li, 2.0%Cu, 0.7%
The first curve (a) for the aluminum alloy with Mg and 0.12% Zr shows aging peaks at about 200°C and about 325°C. The peak at 200°C is due to the Al/Li three- phase, and the peak at 325°C is due to the S phase (Al-Cu-Mg) and the equilibrium Al/Li phase.
It is attributed to the combinatorial precipitation of Li phase. For Mg, 2.5% Li, 2.0% Cu, 0.45 lower than the limits of the present invention
In curve (b) for the aluminum alloy with %Mg and 0.12Zr, there is a flat bottom between 250°C and 285°C, indicating the lack of precipitation of the S phase. Finally, for Mg, 2.5% more than the limit of the present invention
In curve (c) for the aluminum alloy with Li, 2.0% Cu, 1.1% Mg and 0.12Zr, Al
-Cu-Mg addition precipitation mechanism exists. It was well known that Al/Li based alloys have low ductility and low fracture toughness due to Al/Li 3 precipitation without dispersing slip during deformation.
The alloy according to the present invention disperses slippage and increases strength and strength.
Maximizes the precipitation of S phase, which increases ductility and toughness. Example 1 Alloy composition (wt%) Lithium 2.5 Magnesium 0.6 Copper 2.1 Zirconium 0.14 Chromium 0.05 Titanium 0.013 Aluminum Balance (includes incidental impurities) The alloy was cast as a 508 mm x 178 mm 300 kg ingot by a direct quench casting method. Next, the ingot
It was homogenized at 540°C for 16 hours and peeled to remove surface defects. The ingot was then reheated to 540°C and hot rolled into a 25mm plate. The plates were solution treated at 540°C for 1 hour, cold water quenched, stretched to 2% permanent elongation and the tensile strength of the material was evaluated after aging at 170°C for various periods. The longitudinal tensile properties are shown in Figure 2 in comparison to the minimum specified property levels for comparative alloys 2014-T651 and 7010-T7651. The alloy has been shown to have strength levels well in excess of the minimum requirements of comparative alloys. During aging treatment after compaction treatment (60 hours of aging at 170°C, the tensile strength reaches its peak value), the alloy has a 0.2% proof stress of 2014-
The tensile strength is about 100 MPa higher than typical for T651 plate and about 80 MPa higher than typical for 2014-T651 plate. Additionally, the alloy is 2014−T651
(both materials were tested in their fully heat-treated state). All heat treated alloys have 8-10% lower density and 10-15% higher modulus than all specified aerospace aluminum alloys. Example 2 Lithium 2.8% Magnesium 0.9% Copper 21.8% Zirconium 0.12% Aluminum Balance (includes incidental impurities) The alloy was cast as a 508 mm x 178 mm 300 kg ingot by a direct quench casting method. The ingots were then homogenized at 540°C for 16 hours and peeled to remove surface defects. The ingot was then reheated to 540°C and hot rolled into a 5 mm thick hot blank. Blank our pending UK application no.
Heat treatment was performed according to the heat treatment schedule detailed in No. 8308907. In particular, 5mm thick hot blanks
Solution treated at 540°C for 1 hour, air cooled, and
Overaging treatment was performed at 350°C for 16 hours. Next, the blank is cold rolled to a thickness range of 4 mm ~
Sheets of 0.8 mm and size 2 m x 1 m were produced with the necessary intermediate annealing. The rolled sheets were solution treated at 540°C for 20 minutes, cold water quenched, and aged at 170°C. Table 1 shows 1.6mm thickness sheet T6
Changes in tensile properties with aging time in (no stretching) temper and T8 (2% stretching before aging) temper are shown, and the tensile properties were measured in the longitudinal and transverse directions. Similar property levels were achieved in sheet materials in the 4.0 mm to 0.8 mm thickness range.

【表】 0.2%PS=0.2%耐応力 TS=引張り応力 E1=伸び MPa=メガパスカル T6条件の時効において、合金強度のピーク値
は440MPaの0.2%PS、520MPaの引張り強さお
よび6−7.5%の伸びを達成することができる。
これら特性は最も広く使用されている高強度2000
系合金(2014−T6で0.2%−耐力=380MPa、引
張り強さ=440MPa、伸び=7%、シートでの最
小規定特性)よりも注目に価するほど高い。ま
た、この材料はT73テンパーでの7075シートの最
小特性必要条件を越えている。 T8条件の時効において、合金強度のピーク値
は、長手方向および横手方向テストの両方で
475MPaの0.2%耐力および535MPaの引張り強さ
を達成することができ、これら値は7075合金
(T6テンパー)での完全に熱処理された最小シー
ト規定にほぼ匹敵する。 T8条件の時効での引張り特性を第3図に示す。
第3図にて実施例1の合金の25mm板についての
170℃での時効時間での長手方向引張り特性変化
を2014−T651および7010−T7651規定の25mm板
と比較して示す。 図面において、 TS=引張り強さ PS=耐力 EL=伸び DTD5120EおよびBS2L93は2つの比較合金につ
いての関連規定規格である。第3図に本出願の特
定組成限定内の508mm×178mm鋳造インゴツトから
5.0mmないし0.8mm厚さ範囲に製造されたシートに
ついての0.2%耐力および引張り応力での統計的
変化を示す。これら結果から製造されたシートの
大部分は0.2%耐力が7075−T6の0.2%耐応力最小
規定値より大きくかつ引張り強さが7075−T6の
最小引張り強さ規定レベルより約50%大きいこと
がわかる。合金の下げられた密度(7075と比べて
8−10%)を考慮して、合金の比強さレベルは
7075−T6材料よりも注目に値するほど大きい。 実施例 3 合金組成(重量%) リチウム 2.39 マグネシウム 0.70 銅 1.81 ジルコニウム 0.16 チタン 0.014 アルミニウム 残部(付随的な不純物を含む) 合金を直径216mmのインゴツトとして直接急冷
鋳造方式にて鋳造した。次に、インゴツトを540
℃にて16時間均質化し、皮剥きして表面欠陥を除
去した。 インゴツトを直径185mm×長さ600mmの2本に分
けた。これらを440℃まで予熱し、212mm直径チヤ
ンバを用いて押出した。1本を95mm×20mm断面の
ダイを通して5m/minの速度にて押出し、そし
て他の1本を直径54mm断面のダイを通して5m/
minにて押出した。 押出したものを535℃にて1時間の溶体化処理
して冷水中で急冷した。材料を2.5%制御引き伸
ばし、そして190℃にて16時間時効した。 引張り試験片を押出したものの前部と後部とか
ら取り出した。引張り試験の結果は次のとおりで
ある。
[Table] 0.2%PS = 0.2% stress resistance TS = tensile stress E1 = elongation MPa = megapascal During aging under T6 conditions, the peak value of alloy strength is 0.2%PS of 440MPa, tensile strength of 520MPa and 6-7.5% growth can be achieved.
These characteristics are the most widely used high strength 2000
Notably higher than that of the series alloy (2014-T6 0.2% - proof stress = 380 MPa, tensile strength = 440 MPa, elongation = 7%, minimum specified properties in sheet). This material also exceeds the minimum property requirements of 7075 sheet at T73 temper. At the aging of T8 condition, the peak value of alloy strength is
A 0.2% proof stress of 475 MPa and a tensile strength of 535 MPa can be achieved, which values are approximately comparable to the fully heat treated minimum sheet specifications for 7075 alloy (T6 temper). Figure 3 shows the tensile properties after aging under T8 conditions.
Figure 3 shows the 25 mm plate of the alloy of Example 1.
Changes in longitudinal tensile properties with aging time at 170°C are shown in comparison with 25mm plates specified by 2014-T651 and 7010-T7651. In the drawings, TS = tensile strength PS = yield strength EL = elongation DTD5120E and BS2L93 are the relevant prescribed standards for the two comparative alloys. Figure 3 shows a 508mm x 178mm cast ingot within the specific composition limits of this application.
Figure 2 shows statistical changes in 0.2% yield strength and tensile stress for sheets produced in the 5.0 mm to 0.8 mm thickness range. These results indicate that most of the manufactured sheets have a 0.2% yield strength greater than the 0.2% stress resistance minimum specified value for 7075-T6 and a tensile strength approximately 50% greater than the minimum tensile strength specified level for 7075-T6. Recognize. Considering the reduced density of the alloy (8-10% compared to 7075), the specific strength level of the alloy is
Notably larger than the 7075−T6 material. Example 3 Alloy composition (wt%) Lithium 2.39 Magnesium 0.70 Copper 1.81 Zirconium 0.16 Titanium 0.014 Aluminum Balance (includes incidental impurities) The alloy was cast as an ingot with a diameter of 216 mm by a direct quench casting method. Next, get 540 ingots.
Homogenization was carried out for 16 hours at ℃, and surface defects were removed by peeling. The ingot was divided into two pieces with a diameter of 185 mm and a length of 600 mm. These were preheated to 440°C and extruded using a 212mm diameter chamber. One piece is extruded at a speed of 5 m/min through a die with a cross section of 95 mm x 20 mm, and the other piece is extruded at a speed of 5 m/min through a die with a cross section of 54 mm in diameter.
It was extruded at min. The extrudates were solution treated at 535°C for 1 hour and quenched in cold water. The material was controlled 2.5% stretched and aged at 190°C for 16 hours. Tensile specimens were taken from the front and back of the extrusion. The results of the tensile test are as follows.

【表】 これらの結果は合金が押し出形態で7075−T6
強さレベルを達成できることを示している。 実施例 4 合金組成(重量%) リチウム 2.56 マグネシウム 0.66 銅 1.98 ジルコニウム 0.12 アルミニウム 残部(付随的な不純物を含む) 合金を直径216mmのインゴツトとして直接急冷
鋳造方式にて鋳造した。次に、インゴツトを540
℃にて16時間均質化し、皮剥きして表面欠陥を除
去した。 インゴツトを480℃に予熱し、そして100mm×
100mm矩形棒材に鋳造した。棒材を540℃にて2時
間溶体化加熱し、冷水急冷し、そして190℃にて
16時間時効した。鋳造棒材の引張り特性は次のと
おりであつた。 長手方向 0.2%PS=459MPa TS=546MPa EL=6% 横方向 0.2%PS=401MPa TS=468MPa EL=3% これらの結果は、合金が鋳造形態で7075−T73
特性を達成できることを示している。 全ての熱処理がされた状態の合金は、存在する
全ての規定された航空宇宙用アルミニウム合金と
比べて、密度が8〜10%節約されかつ弾性率が10
〜12%高められる。 シート材料の破壊靭性および疲労寿命を測定し
た。1.6mmシートの長手−横(L−T)破壊靭性
(Kc)が425MPaの耐力値にて68.5MPa√と測
定された。425MPaの耐力値での平均L−T疲労
寿命が140MPaの最大テスト応力にて3.14×105
イクル(3つのサンプルの平均)と測定された。
試験は切り欠きなしのサンプル(Kt=2.5)につ
いて行なわれて、+0.1の応力比にて単軸張力でテ
ストした。 合金は、本発明の上述した一面にしたがつて冷
間圧延前の熱間ブランクにて熱処理された冷間圧
延1.6mmシートで400〜700%の伸びの超塑性挙動
を示すとわかつた。 私たちは、本発明に係る合金が丸ビレツト形態
に鋳造されれ、押出されてその結果としての引張
り特性は同じ熱処理条件でのシート材料について
得られた引張り特性よりも10〜15%高いことをも
示した。 本発明に係る合金は鋳造しても容認できる特性
を有する。
[Table] These results show that the alloy is in extruded form and is 7075−T6.
It shows that the strength level can be achieved. Example 4 Alloy composition (wt%) Lithium 2.56 Magnesium 0.66 Copper 1.98 Zirconium 0.12 Aluminum Balance (includes incidental impurities) The alloy was cast as an ingot with a diameter of 216 mm by a direct quench casting method. Next, get 540 ingots.
Homogenization was carried out for 16 hours at ℃, and surface defects were removed by peeling. Preheat the ingot to 480℃, and
It was cast into a 100mm rectangular bar. The bar was solution heated at 540℃ for 2 hours, quenched with cold water, and then heated to 190℃.
The statute of limitations expired for 16 hours. The tensile properties of the cast bars were as follows. Longitudinal direction 0.2% PS = 459 MPa TS = 546 MPa EL = 6% Lateral direction 0.2% PS = 401 MPa TS = 468 MPa EL = 3% These results indicate that the alloy is 7075-T73 in cast form.
It shows that the characteristics can be achieved. All as-heat-treated alloys offer an 8-10% density savings and a modulus of 10% compared to all existing specified aerospace aluminum alloys.
Increased by ~12%. The fracture toughness and fatigue life of the sheet materials were measured. The longitudinal-lateral (L-T) fracture toughness (Kc) of the 1.6 mm sheet was measured to be 68.5 MPa√ with a proof stress value of 425 MPa. The average L-T fatigue life at a yield value of 425 MPa was determined to be 3.14 x 10 5 cycles (average of three samples) at a maximum test stress of 140 MPa.
Tests were performed on unnotched samples (Kt = 2.5) and tested in uniaxial tension at a stress ratio of +0.1. The alloy was found to exhibit superplastic behavior with an elongation of 400-700% in cold rolled 1.6 mm sheets heat treated in a hot blank prior to cold rolling in accordance with the above-described aspect of the invention. We have found that when the alloy according to the invention is cast in round billet form and extruded, the resulting tensile properties are 10-15% higher than those obtained for sheet material at the same heat treatment conditions. was also shown. The alloy according to the invention has acceptable casting properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は3種類の合金組成について示差走査熱
量曲線を示す図であり、および、第2図および第
3図は時効時間での引張り特性の変動および引張
り特性についての統計的データを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing differential scanning calorimetry curves for three types of alloy compositions, and FIGS. 2 and 3 are diagrams showing changes in tensile properties with aging time and statistical data about the tensile properties. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量%で下記範囲の組成: リチウム 2.3〜2.9%; マグネシウム 0.5〜1.0%; 銅 1.6〜2.4%; ジルコニウム 0.05〜0.25%;および アルミニウムおよび不可避的不純物の残部; を有し、時効処理後の引張強度のピーク値が
480MPa以上であり、かつ密度が純アルミニウム
の95%以下である成形性の良い高強度アルミニウ
ム合金。 2 銅対マグネシウムの比が1.6:1と4.8:1と
の間にあり、好ましくは3:1である特許請求の
範囲第1項記載の合金。 3 重量%で下記範囲の組成: リチウム 2.3〜2.9%; マグネシウム 0.5〜1.0%; 銅 1.6〜2.4%; ジルコニウム 0.05〜0.25%; 0.5%以下のチタン、0.5%以下のマンガン、
0.5%以下のニツケル、および0.5%以下のク
ロムの少なくとも1種;および アルミニウムおよび不可避的不純物の残部; を有し、時効処理後の引張強度のピーク値が
480MPa以上であり、かつ密度が純アルミニウム
の95%以下である成形性の良い高強度アルミニウ
ム合金。 4 銅対マグネシウムの比が1.6:1と4.8:1と
の間にあり、好ましくは3:1である特許請求の
範囲第3項記載の合金。
[Claims] Composition in the following range in 1% by weight: Lithium 2.3-2.9%; Magnesium 0.5-1.0%; Copper 1.6-2.4%; Zirconium 0.05-0.25%; and the balance of aluminum and unavoidable impurities. However, the peak value of tensile strength after aging treatment is
A high-strength aluminum alloy with good formability that has a strength of 480 MPa or more and a density that is less than 95% of pure aluminum. 2. An alloy according to claim 1, wherein the copper to magnesium ratio is between 1.6:1 and 4.8:1, preferably 3:1. 3 composition in the following ranges by weight: lithium 2.3-2.9%; magnesium 0.5-1.0%; copper 1.6-2.4%; zirconium 0.05-0.25%; titanium up to 0.5%, manganese up to 0.5%,
At least one of nickel of 0.5% or less and chromium of 0.5% or less; and the remainder of aluminum and unavoidable impurities; and the peak value of the tensile strength after aging treatment is
A high-strength aluminum alloy with good formability that has a strength of 480 MPa or more and a density that is less than 95% of pure aluminum. 4. An alloy according to claim 3, wherein the copper to magnesium ratio is between 1.6:1 and 4.8:1, preferably 3:1.
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