JPS60215734A - Ａｌ基合金及び該合金から製品を製造する方法 - Google Patents

Ａｌ基合金及び該合金から製品を製造する方法

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JPS60215734A JP60050241A JP5024185A JPS60215734A JP S60215734 A JPS60215734 A JP S60215734A JP 60050241 A JP60050241 A JP 60050241A JP 5024185 A JP5024185 A JP 5024185A JP S60215734 A JPS60215734 A JP S60215734A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主にＣＵ、Ｌ　ｉ及びＭｇを含有し、機械的
比抵抗が非常に高く、特に複雑な形状の熱処理部品の製
造に使用可能なＡρ基合金に係る。
リチウム添加によりアルミニウム合金の密度が減少しく
リチウム重量パーセント当り３％）、弾性係数及び機械
的抵抗が増加することは冶金業者に既知である。従って
、該合金が許容可能な延性（破壊伸び）及び靭性を有す
るなら、該合金は機械的比抵抗（機械的抵抗と密度との
比）及び比係数ができるだけ高い合金を必要とする航空
機産業に利用できると考えられる。
アルミニウムーリチウム二元合金の機械的抵抗及び延性
は航空機用には不十分であることが知られている。従っ
て冶金業者は、含リチウム二元合金よりも延性及び密度
にすぐれており機械的抵抗の高いＡｆ２−Ｌｉ−ＣＵ合
金を得るために、アルミニウム合金の時効硬化に対する
公知の効果がリチウムよりすぐれており且つリチウムに
重ねられ得る銅の添加を利用した。
例えば、公称組成／ｌ−４，５％Ｃ’ｕ−１．２％Ｌｉ
−０．２％Ｃｄ−０，５％Ｍｎを有する米国製合金２０
２０．及び公称組成へρ−５，４％Ｃｌ−１，２％Ｌｉ
−０，２％Ｃｄ−０，’６％Ｍｎを有するソビエト製合
金ＶＡＤ９３が挙げられる。これらの合金はＴ６５１状
態（焼入れ十引張変形り％十機械的抵抗最大値まで焼戻
し）で使用され、非常に高レベルの機械的抵抗（特にＶ
ＡＤ９３合金）を示すが、少量でもリチウムを添加する
と、該合金の密度は従来のリチウム非含有合金に対して
比較的少量しか低下しないので、航空機構造部品を大幅
に軽量化し得ることなく延性及び靭性を著しく損失する
ことが明らかである。
最近、公称組成Ａｕ＝３％Ｌｉ−２％ＣＬＩ−０，２％
Ｚｒの実験的新規合金（高抵抗、低密度及び低延性）、
及び中程度の抵抗、低密度及び改良された延性を有する
アルミニウムーリチウム−銅−マグネシウム系新規合金
が冶金業者によって提案されている。特に、英国国防省
名義のヨーロッパ特許出願第００８８５１１号に記載の
平均組成／ｌ−２，４％１−ｉ−１，２５％Ｃｕ−０．
７５％ＭＱ（＋Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｚｒ、　Ｎ　ｉ　）の
合金が挙げられる。
しかしながら、既知及び上記の低密度合リチウム合金（
銅含量の非常に大きいＶＡＤ９３及び２０２０合金を除
く）のいずれも、焼入れと最大限硬化焼戻しとの間に約
２〜４％の塑性変形により製品を冷延しない限り、現状
で最も高抵抗の従来のアルミニウム合金（７０７５−Ｔ
ｂ、７０１０−７　７３６）と同等レベルの機械的抵抗
を持ち得ないことが立証できる。弾性限度、破断荷重及
び延性に対する冷延の効果は冶金業者に周知である。
従って、Ｔ−６５１状態のＡｊ２−Ｌｉ−Ｃｕ。
Ａｕ−Ｌｉ−Ｍｏ及びＡｕ−Ｌ　ｉ−Ｃｕ−ＭＯ合金製
薄型又は原型プレート及び線状製品について得られてい
る最近の結果は比較的良好であり、この場合、製造条件
として最良レベルの機械的特性の合金を得るべく焼入れ
と焼戻しとの間に２〜４％の引張変形を加える必要があ
る。
既知の含リチウム合金のこのような特徴は、一般に焼入
れと焼戻しとの間に圧縮等による塑性変形を加えること
の不可能な複雑な形状の部品、例えば型鍛造部品又は成
形製品の製造における機械的比抵抗の高い含リチウムア
ルミニウム合金の使用を著しく制限している。
以下に説明する本発明は、上記制限のない新規含リチウ
ム合金を提供し得るものである。該合金は、あらゆる形
状の製品にＴ６状態の非常に高い機械的特性（７０７５
、−Ｔ　６及び７０１０−Ｔ７３６合金に等しい）を与
えると共に、２０００又は７０００系の従来合金に較べ
て６〜９％低い密度を確保する。況んや本発明の合金製
品の機械的比抵抗は焼入れ及び焼戻し間の冷延により更
に改良される（Ｔ−６５１、Ｔ−６５２又はＴ−８状態
）が、この塑性変形処理は例えば焼入れ製品の応力除去
又は平削りに限定され得る。
冶金試験の過程で、本願発明者は機械的抵抗−密度関係
の点で既知の含１ｉ合金よりも抵抗及び性能のすぐれた
ＡＪ２−Ｌ　ｉ　−Ｃｌ−ＭＯ＋　（Ｃｒ。
ｖｎ、ｚｒ、Ｔ　＋　＞系商用合金の新規組成を発見し
、実験的に確認した。
本発明の合金の重量組成を以下に示す。
ＣＵ　２．４〜３．５％ Ｌｉ　１．９〜２．７％ ＭＱ　Ｏ〜０．８％ Ｆｅ　５０．２０％ Ｓｉ　５０．１０％ Ｃｒ　Ｏ〜０．３０％　− Ｚｒ　Ｏ〜０．２０％ Ｔｉ　Ｏ〜０．１０％ Ｍｎ　Ｏ〜１％′ Ｂｅ　Ｏ−０，０２％ その他（不純物） 各＜０．０５％ 全体く０．１５％ 残　部Ａ！２ 単独又は組合せによる最適組成を以下に示す。
ＣＵ　２．５〜３．１％ （好ましくは２．６〜３％） Ｍｇ　Ｏ〜０．５％ （好ましくは０．１〜０．５％） Ｚｒ　Ｏ，０７〜０．１５％ Ｆｅ　５０．１０％ ３ｉ　≦０．０６％ 該合金は、関係式： ％式％ が成立つ時、最適特性を有することが判った。
上式が４．８（又は５）より小さいと抵抗特性は著しく
低下し、５．８（又は６）より大きいと延性が著しく低
下する。
本発明の合金は、Ｃｕ及びｌｉ高含有相の金属間化合物
を完全に溶融するか又は５μｍ未満の粒径を得るに充分
な時間、温度θ１＝５２０〜５４５℃で実施する段階を
少なくとも一段階含む鋳造製品の均質化及び加工製品の
溶体化処理（ｗｉｓｅ　ｅｎ　５ｏｌｕｔｉｏｎｌ後に
、最適レベルの抵抗及び延性を示した。温度θ□の均質
化熱処理の最適時間は、迅速同化（噴霧化−スプラット
式冷却）により賦形された合金の場合０．５〜８時間、
半連続鋳造による成形又は賦形製品の場合１２〜７２時
間であり、温度θ、の維持時に合金の初期溶融を避ける
べく、均質化又は溶体化時に約５００℃、５１５℃又は
５２８℃で数時間実施する１又は２回の中間段階を含む
ことが好ましい。
更に焼戻し動力学的試験の結果、該合金は温度１７０〜
２２０℃（好ましくは１９０〜２ｏｏ℃）で８〜４８時
間焼戻し後に最適機械的特性を有しており、該合金の機
械的抵抗と延性との関係を更に改良するべく焼入れ及び
焼戻し間に適当な形状の製品（プレート、バー、シート
バー）を冷延により１．５〜５％（好ましくは２〜４％
）塑性変形させることが好ましいことが判った。
こうして本願発明者は本発明の合金がＴ−６（５１）状
態で合金７０７５又ＬＬ７０１０Ｔ−６（５１）に匹敵
する機械的抵抗を有していることを確認した。このよう
に弾性限度及び破断荷重が向上（前記熱処理状態の場合
、現状で最良の合金に等しい）するのみならず、密度が
従来の（リチウムを含まない）航空機用アルミニウム合
金に比較して６〜８％低く、延性又は伸びのレベルが＋
分であり、従って本発明の合金は、非常に高い機械的比
抵抗と良好な力学的特性（靭性、疲れ抵抗）とを有する
加工又は成形構造部品、例えば半連続式鋳造、噴霧化又
はスプラット式冷却により賦形された製品の製造に利用
できることが明らかである。
本発明は、本発明及び本発明外の各種合金の機械的比特
性を既知の合金と比較した以下の実施例により、更によ
く理解されよう。
Ｋ腹■ユ 精製アルミニウム（Ａρ９９．９９％）から第１ａ表の
組成のインゴットを生成し、０．１５％のＡ７５Ｂの添
加により精練後、工業的半連続式鋳造により得られると
同様の構造を有する金型で鋳造した。
いずれの合金にも０．０２（重量）％未満のＦｅと０．
０２％未満のＳｉとを台布させた一リチウム及び銅含量
の大きい金属間化合物のほぼ完全な溶融が得られるよう
な条件下で該合金を均質化し、２０℃で水焼入れした。
該合金を少なくとも５日間熟成させ、１５０．１７０，
１９０及び２１０℃の温度で２４時間処理した。
第１ｂ表は、熱処理、焼戻し後の平均ビッカース硬さ、
及び該合金各々の比硬さ最大値（ビッカース硬さ／密度
比）を示している。
これらの結果から明らかなように、本発明の合金は、実
際に全焼戻し温度範囲、更には最良の機械的抵抗−延性
関係を最も得易い焼戻し以下の温度範囲で、既知の他の
全合金よりもすぐれた機械的抵抗／密度関係を備えてい
た。
焼入れ及び焼戻し後（引張又は圧縮変形による中間冷延
を伴なわない）に得られる比硬さレベルが非常に高いた
め、該軽合金は成形又は型鍛造部品のような複雑な形状
の部品として特に利用できることが立証された。
実施例２ 第Ｍａ表の組成を有する合金をφ２００ａｍのビレット
状に半連続式に鋳造した。ビレットを５１５℃で１６時
間及び５３５℃で２４時間均質化し、スケールを除去し
く６ｃｒｏｆＪｔ６）　、４３０℃で≠５０Ｘ２０ｓ＊
のシートバー状に引抜いた（引抜き比＝１２）。シート
バーを５３９℃で溶体化し、水焼入れし、各種の焼戻し
を施した。
第ｎｂ表は、適当な焼戻し後に抵抗最大値を有する長手
方向機械的特性を、従来の７０７５及び７１５０合金（
アルミニウム協会規格による）の特性と比較して示して
いる。
Ｍｇの添加量を調節することにより、機械的抵抗を最大
、既知の最大硬度の従来合金（Ｌｉを含まない）よりも
大又はこれに等しくすることができる。表から明らかな
ように、最良の機械的特性を得るためにはＭｇ含有量を
０．５％よりやや少なくすることが好ましい。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　主にＣｕ、ｌ　ｉ及びＭｕを含有する機械的比
    抵抗の非常に大きいＡρ基合金において、Ｃｕ２．４〜
    ３．５重量％、Ｌｉ１．９〜２．７重量％、ＭＱＯ〜０
    ．８重相％、Ｆｅ５０．２０重量％、３ｉ≦０．１０重
    量％、ＭｎＯ〜１重量％、ＣｒＯ〜０．３０重量％、Ｚ
    ｒＯ〜０．２０ｍｍ％、１１０〜０．１０重量％、Ｂｅ
    Ｏ〜０．０２重量％、他の成分く不純物） 各＜０．０５重農％かつ全体＜０．１５％、残部Ａρを
    含有して成ることを特徴とする合金。
  2. （２）　２．５〜３．１％、好ましくは２．６〜３％の
    Ｃｕを含有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の合金。
  3. （３）　２〜２．５％の１１を含有していることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の合金。
  4. （４）　０〜０．５％、好ましくは０．１〜０．５％の
    ｆｖｌを含有していることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項乃至第３項のいずれかに記載の合金。
  5. （５）　４．８≦％ＣＵ＋％Ｌ１＋％Ｍｏ／２≦６．０
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
    項のいずれかに記載の合金。
  6. （６）　５．０≦％Ｃｕ十％ｌ−ｉ十％ＭＱ／２≦５．
    ８であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
    の合金。
  7. （７）　最大０．１０％のＦｅを含有していることを特
    徴とする特許請求のＩｆ！ｉ！ａ第１項乃至第６項のい
    ずれかに記載の合金。
  8. （８）　最大０．０６％の８１を含有していることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
    記載の合金。
  9. （９）　０．０７〜０．１５％のＺｒを含有しているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいず
    れかに記載の合金。
  10. （１０）　少なくとも１回の成形、均質化、熱間加工、
    場合によっては冷間加工、溶体化、焼入れ及び焼戻しの
    工程を含む特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか
    に記載の合金から製品を製造する方法において、均質化
    及び／又は溶体化を５２０〜５４５℃で実施することを
    特徴とする方法。
  11. （１１）　Ｌｉ及びＣｕ含量の多い粒子の粒径がＯ〜５
    μＴｒＬ（両端を含む）となるように均質化時間を選択
    すべきであることを特徴とする特許請求の範囲第１０項
    に記載の方法。
  12. （１２）　合金の初期溶融を避けるべく、均質化に先立
    ち約５００°、５１５°及び／又は５２８℃の段階を実
    施することを特徴とする特許請求の範囲第１０項又は第
    １１項項に記載の方法。
  13. （１３）　１７０〜２２０℃の温度で８〜４８時間焼戻
    しを実施することを特徴とする特許請求の範囲第１０項
    乃至第１２項のいずれかに記載の方法。
  14. （１４）　焼入れと焼戻しとの間で製品に１．５〜５％
    の塑性変形を加えることを特徴とする特許請求の範囲第
    １０項乃至第１３項のいずれかに記載の方法。
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