JPS648066B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS648066B2
JPS648066B2 JP50235586A JP50235586A JPS648066B2 JP S648066 B2 JPS648066 B2 JP S648066B2 JP 50235586 A JP50235586 A JP 50235586A JP 50235586 A JP50235586 A JP 50235586A JP S648066 B2 JPS648066 B2 JP S648066B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
precipitates
hours
treatment
alloys
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP50235586A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62502295A (en
Inventor
Natsuku Juun Kimu
Korin Makuriin Adamu
Richaado Risutaa Junia Bai
Santotsushu Kumaa Dasu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
AlliedSignal Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AlliedSignal Inc filed Critical AlliedSignal Inc
Publication of JPS62502295A publication Critical patent/JPS62502295A/en
Publication of JPS648066B2 publication Critical patent/JPS648066B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

請求の範囲 1 本質的にAlba1ZraLibXcの組成式(XはCu、
Mg、Si、Sc、Ti、U、Hf、Be、Cr、V、Mn、
Fe、Co及びNiから成るグループから選ばれた少
くとも1つの元素であり、aは0.15−2重量%、
bは2.5−5重量%、cは0−5重量%、及びそ
の残量はアルミニウムである)から成るAl−Li
合金を、高濃度の耐すべり変形性分散質が充分に
一様に分布しているような微細構造を形成する、
前記Al−Li合金の多段時効処理工程を含むこと
を特徴とするアルミニウム基低密度合金の強度と
延性を増加させるための処理法。 2 前記合金はアルミニウムマトリツクス中の複
合Al3(Li、Zr)相の析出物によつて特徴づけら
れる請求の範囲第1項による処理法。 3 時効処理回数が2から10の範囲にある請求の
範囲第1項による処理法。 4 時効処理回数が2から5の範囲にある請求の
範囲第1項による処理法。 5 下記の過程を含むことを特徴とする、高強
度、高延性、低密度のアルミニウム−リチウム合
金の製造方法: 本質上Alba1ZraLibXcの組成式(XはCu、Mg、
V、Si、Sc、Ti、U、Hf、Be、Cr、Mn、Fe、
Co及びNiから成るグループから選ばれた、少く
とも1つの元素であり、aは0.15−2重量%、b
は2.5−5重量%、cは0−5重量%、及びその
残量はアルミニウムである)から成るアルミニウ
ム合金を、その中の金属間物質を充分に溶融させ
るに足る時間だけ温度T1に加熱すること; 前記合金を、過飽和固溶体中の成分を保持する
に足る速度で大気温度にまで冷却すること; 前記合金を、複合Al3(Li、Zr)析出物の核生
成を活性化させるに足る時間だけ温度T2に加熱
すること; 前記合金を、大気温度にまで冷却すること; 前記合金を、複合Al3(Li、Zr)析出物の付加
的成長、及びその核生成がZrによつて促進され
ないδ′析出物の溶融に足る時間だけ温度T3に加熱
すること;及び 前記合金を大気温度まで冷却して上記アルミニ
ウムマトリツクス中の複合Al3(Li、Zr)相の制
御された析出を生ぜしめること。 6 さらに前記溶融合金の延伸工程を含む請求の
範囲第1項による処理法。 7 さらに前記合金の延伸工程を含む請求の範囲
第5項による処理法。 8 T1が500℃から555℃の範囲、T2が100℃から
180℃の範囲、及びT3が120℃から200℃の範囲に
ある請求の範囲第5項による処理法。 技術分野 本発明は、アルミニウムを主体とした高強度、
高延性、低密度である合金、及び特に複合析出物
が、そのアルミニウムマトリツクス中に均一分布
していることを特徴とする合金に関する。その微
細構造は、初期の溶体化(solutionizing)処理及
びそれに続く多段時効処理から成る熱処理法によ
つて発達させられる。 背景技術 航空宇宙産業への応用においては、充分な重量
軽減を達成するために、改良された比強度を有す
る構造合金に対する需要が増加している。アルミ
ニウム−リチウム合金は、アルミニウム合金の機
械的及び物理的性質についてのリチウムの顕著な
効果のために、重量軽減を満たす可能性を与え
る。1重量%のリチウム(約3.5原子%)の付加
は、密度を約3%減少させ、弾性率を約6%増加
させる。したがつてこれは比弾性率(E/ρ)の
充分な増加をもたらす。さらに合金の熱処理は一
様な準安定相、δ(Al3Li)の析出を引きおこし、
かなりの強化をもたらす。しかしながら、アルミ
ニウム−リチウム合金の開発と広範な応用には、
主としてその系固有の脆性が障害となつていた。 Al−Li系において、合金の低い靭性は粒界あ
るいは微粒界に沿う脆い割れ目によるものである
ことが示されている。その脆さの原因となる微細
構造上の2つの主要な特徴は、粒界及び/又は微
粒界に沿つた金属間相の析出と、合金中の顕著な
平面状ずれのようである。後者は粒界に応力集中
を生ずる。この粒間(intergranular)の析出物
はその境界の脆化を引きおこし、同時にLiを境界
領域から引きぬいて、応力の局在点として働く無
析出領域を生成する傾向がある。平面状すべり
は、大部分、δ′析出物のすべり変形性(剪断性)
によるもので、これはすべり変形したδ′析出物を
含む平面上での転位すべりに対する抵抗の減少を
もたらす。 これらのような問題を取り除くために、いくつ
かの冶金学的方法がとられて来た。PFZ(無析出
領域)や析出が誘起する粒間の割れ目は、安定な
Al−Li、Al−Cu−Li、Al−Mg−Li相の粒間析
出を回避するための制御処理によつて低減されう
ることが見出されている。平面状すべりの問題
は、すべり性分散質の形成元素を加えることや、
Al−Cu−Li、Al−Cu−Mg、あるいはAl−Li−
Mg金属間物質の共析出の制御によつてすべりの
分散を促進することで部分的に緩和できる。すべ
りの分散の形成元素にはMn、Fe、Coなどがあ
る。Cu及び/又はMgを含む金属間物質の共析出
は変形運動を分散させるのに比較的効果があるよ
うである。しかしこれらのような金属間物質はゆ
つくりした生成をするため、延伸操作や多段時効
処理(P.J.Gregson and M.M.Flower、Acta
Metallurgica、33巻、527−537頁、1985)ある
いは合金の密度に逆効果を及ぼす高含量のCu(B
van der Brandt、P.J.von den Brink、H.F.
de Jong、L.Katgerman、and H.Kleinjan、「ア
ルミニウム−リチウム合金」AIME冶金学会、
433−446頁、1984)を必要とする。さらにこのよ
うに処理された合金の性質はなお満足なものでは
ない。 近年、Zrで修飾したδ′析出物の開発によつてAl
−Li合金系の変形挙動を修正する新しい方法が示
唆されている。この方法は、Al−Zr合金系にお
ける準安定なAl3Zr相がすべり変形に対して高度
に安定であり、δ′と同様の結晶構造(Ll2)を持
つという観察に基づいている。これに関して、
Al−2.34Li−1.07Zr合金を用いてアルミニウムマ
トリツクス中に3成分秩序の複合Al3(Li、Zr)
相を作るための努力がなされて来た(F.W.Gayle
and J.B.Vander Sande、Scripta
Metallurgica、18巻、473−478頁、1984)。しか
しそのような相の均一な分布をつくる過程は、長
期に亘る溶体化あるいは時効処理とともに、熱機
械的処理中におけるパラメータの厳密な制御を必
要とする。実際的な検知からすると、この過程は
全く望ましくなく、再結晶化や広い無析出物領域
のような望ましくない微細構造的な特徴をも引き
おこしかねない。さらにその過程は、不均一に分
布した、粒の粗い複合析出物の小さな体積分率を
作るような、低含量のZr(例えば0.2重量%Zr)を
含む合金には有効に応用できない(P.L.Makin
and B.Ralph、Journal of Materials Science、
19巻、3835−3843頁、1984;P.J.Gregson and
H.M.Flower、Journal of Materials Science
Letters、3巻、829−834頁、1984;P.L.Makin、
D.J.Lloyd、and W.M.Stobbs、Philosophical
Magazine A、51巻、L41−L47頁、1985)。 低密度アルミニウム合金を開発するためのかな
りの努力にもかかわらず、上述のような従来の技
術では、求められている高強度、高延性及び低密
度の組み合わせを持つ低密度アルミニウム合金を
提供することは不可能であつた。その結果、従来
のアルミニウム−リチウム合金系は、高強度、高
延性及び低密度が要求される航空機の構造部品な
どのような応用に対しては、完全に満足なもので
はなかつた。 発明の要約 本発明は、強度や延性を著しく改善するよう
な、充分に一様分布した耐すべり性分散質を高濃
度に含むアルミニウム−リチウム合金の製造方法
を提供する。 本発明のアルミニウムを主体とする低密度合金
は、本質上Alba1ZraLibXcから成り、XはCu、
Mg、Si、Sc、Ti、U、Hf、Cr、V、Mn、Fe、
Co及びNiを含むグループから選ばれた、少くと
も1元素であり、“a”はおよそ0.15−2重量%、
“b”はおよそ2.5−5重量%、“c”はおよそ0
−5重量%の範囲にあり、その残量はアルミニウ
ムである。これら合金の微細構造は、そのアルミ
ニウムマトリツクス中の複合Al3(Li、Zr)相の
析出によつて特徴づけられる。この微細構造は、
上述の組成式を持つ合金を溶体化処理及びこれに
続く多段時効処理を行うという本発明における製
造方法によつて発達させられる。それに関して、
アルミニウムを主体とする高強度、高延性、低密
度の合金を作るための改良法が与えられ、それに
よつて作製されたアルミニウムを主体とする合金
は強度と延性の組み合せが(同じ密度において)
改善されている。 本発明によつて作製される、アルミニウム基の
高強度、高延性、低密度の合金は、広範囲の強度
と延性の組み合せを都合よくもたらすような、制
御された複合Al3(Li、Zr)析出物を含んでいる。
Claim 1 Essentially the compositional formula of Al ba1 Zr a Li b X c (X is Cu,
Mg, Si, Sc, Ti, U, Hf, Be, Cr, V, Mn,
at least one element selected from the group consisting of Fe, Co and Ni, a is 0.15-2% by weight,
Al-Li consisting of (b is 2.5-5% by weight, c is 0-5% by weight, and the balance is aluminum)
forming the alloy into a microstructure in which a high concentration of slip deformation-resistant dispersoids is sufficiently uniformly distributed;
A treatment method for increasing the strength and ductility of an aluminum-based low-density alloy, the treatment method comprising a multi-stage aging treatment step of the Al-Li alloy. 2. Process according to claim 1, wherein said alloy is characterized by precipitates of a composite Al 3 (Li, Zr) phase in an aluminum matrix. 3. A treatment method according to claim 1, in which the number of times of prescription treatment is in the range of 2 to 10. 4. The treatment method according to claim 1, wherein the number of times of aging treatment is in the range of 2 to 5. 5. A method for producing a high-strength, high-ductility, low-density aluminum-lithium alloy, characterized by including the following steps: Essentially the compositional formula Al ba1 Zr a Li b X c (X is Cu, Mg,
V, Si, Sc, Ti, U, Hf, Be, Cr, Mn, Fe,
At least one element selected from the group consisting of Co and Ni, a is 0.15-2% by weight, b
is 2.5-5% by weight, c is 0-5% by weight, and the balance is aluminum) is heated to a temperature T 1 for a time sufficient to melt the intermetallic substances therein. cooling the alloy to ambient temperature at a rate sufficient to retain the components in supersaturated solid solution; cooling the alloy at a rate sufficient to activate the nucleation of complex Al 3 (Li, Zr) precipitates; heating the alloy to a temperature T 2 for an hour; cooling the alloy to ambient temperature; subjecting the alloy to additional growth of complex Al 3 (Li, Zr) precipitates and their nucleation by Zr heating to a temperature T 3 for a time sufficient to cause unpromoted melting of the δ′ precipitates; and cooling the alloy to ambient temperature for controlled precipitation of the composite Al 3 (Li, Zr) phase in the aluminum matrix. to give rise to 6. A method according to claim 1, further comprising the step of stretching said molten alloy. 7. A method according to claim 5, further comprising the step of stretching said alloy. 8 T 1 ranges from 500℃ to 555℃, T 2 from 100℃
180°C and T3 is in the range 120°C to 200°C. Technical field The present invention is a high-strength, aluminum-based
The present invention relates to an alloy with high ductility, low density, and in particular an alloy characterized by a homogeneous distribution of complex precipitates in its aluminum matrix. The microstructure is developed by a heat treatment process consisting of an initial solutionizing treatment followed by multiple aging treatments. BACKGROUND OF THE INVENTION In aerospace applications, there is an increasing demand for structural alloys with improved specific strength in order to achieve significant weight savings. Aluminum-lithium alloys offer the possibility of meeting weight savings due to the significant effect of lithium on the mechanical and physical properties of aluminum alloys. Addition of 1% by weight lithium (approximately 3.5 atomic %) reduces density by approximately 3% and increases modulus by approximately 6%. This therefore results in a significant increase in the specific modulus (E/ρ). Furthermore, heat treatment of the alloy induces the precipitation of a uniform metastable phase, δ(Al 3 Li),
Provides considerable reinforcement. However, the development and widespread application of aluminum-lithium alloys
The main obstacle was the inherent brittleness of the system. In the Al-Li system, it has been shown that the low toughness of the alloy is due to brittle cracks along grain boundaries or grain boundaries. The two main microstructural features contributing to its brittleness appear to be precipitation of intermetallic phases along grain and/or grain boundaries and significant planar misalignment in the alloy. The latter causes stress concentration at grain boundaries. These intergranular precipitates tend to cause embrittlement of the boundaries and at the same time pull Li out of the boundary regions, creating precipitate-free regions that act as stress localization points. Planar slip is mostly caused by the sliding deformability (shearing property) of δ′ precipitates.
This results in a decrease in the resistance to dislocation sliding on planes containing slip-deformed δ′ precipitates. Several metallurgical methods have been taken to eliminate problems such as these. PFZ (precipitation-free zone) and intergranular cracks induced by precipitation are stable.
It has been found that it can be reduced by controlled treatments to avoid intergranular precipitation of Al-Li, Al-Cu-Li, Al-Mg-Li phases. The problem of planar slip can be solved by adding elements that form slippery dispersoids,
Al−Cu−Li, Al−Cu−Mg, or Al−Li−
It can be partially alleviated by promoting the dispersion of slip by controlling co-precipitation of Mg intermetallic substances. Elements that form slip dispersion include Mn, Fe, and Co. Co-precipitation of intermetallic materials containing Cu and/or Mg appears to be relatively effective in dispersing deformation motion. However, these intermetallic substances form slowly, so drawing operations and multi-stage aging treatments (PJ Gregson and MMFlower, Acta
Metallurgica, Vol. 33, pp. 527-537, 1985) or a high content of Cu (B), which has an adverse effect on the density of the alloy.
van der Brandt, PJvon den Brink, H.F.
de Jong, L. Katgerman, and H. Kleinjan, “Aluminum-Lithium Alloys” AIME Metallurgical Society,
433-446, 1984). Moreover, the properties of alloys treated in this way are still unsatisfactory. In recent years, with the development of Zr-modified δ′ precipitates, Al
A new method to modify the deformation behavior of −Li alloy systems is suggested. This method is based on the observation that the metastable Al 3 Zr phase in the Al-Zr alloy system is highly stable against sliding deformation and has a crystal structure (Ll 2 ) similar to δ'. In this regard,
Composite Al 3 (Li, Zr) with ternary order in aluminum matrix using Al-2.34Li-1.07Zr alloy
Efforts have been made to create a phase (FWGayle
and JBVander Sande, Scripta
Metallurgica, vol. 18, pp. 473-478, 1984). However, the process of creating such a uniform distribution of phases requires long-term solution treatment or aging, as well as strict control of parameters during thermomechanical processing. From a practical perspective, this process is completely undesirable and can also lead to undesirable microstructural features such as recrystallization and large precipitate-free areas. Furthermore, the process cannot be effectively applied to alloys with low contents of Zr (e.g. 0.2 wt% Zr), which create a small volume fraction of coarse-grained composite precipitates that are non-uniformly distributed (PLMakin
and B. Ralph, Journal of Materials Science,
Volume 19, pp. 3835-3843, 1984; PJ Gregson and
HMFlower, Journal of Materials Science
Letters, vol. 3, pp. 829-834, 1984; PLMakin,
DJ Lloyd, and WMStobbs, Philosophical
Magazine A, Volume 51, Pages L41-L47, 1985). Despite considerable efforts to develop low-density aluminum alloys, conventional techniques such as those described above have not been able to provide low-density aluminum alloys with the desired combination of high strength, high ductility, and low density. was impossible. As a result, conventional aluminum-lithium alloy systems have not been completely satisfactory for applications such as aircraft structural parts that require high strength, high ductility, and low density. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for producing aluminum-lithium alloys containing high concentrations of sufficiently uniformly distributed slip-resistant dispersoids that significantly improve strength and ductility. The aluminum-based low density alloy of the present invention essentially consists of Al ba1 Zr a Li b X c , where X is Cu,
Mg, Si, Sc, Ti, U, Hf, Cr, V, Mn, Fe,
at least one element selected from the group including Co and Ni, where "a" is approximately 0.15-2% by weight;
"b" is approximately 2.5-5% by weight, "c" is approximately 0
-5% by weight, with the remainder being aluminum. The microstructure of these alloys is characterized by the precipitation of a complex Al 3 (Li, Zr) phase in their aluminum matrix. This fine structure is
It is developed by the manufacturing method of the present invention in which an alloy having the above-mentioned compositional formula is subjected to solution treatment and subsequent multi-stage aging treatment. About it,
An improved method for making high-strength, high-ductility, low-density aluminum-based alloys is presented, whereby the aluminum-based alloys produced have a combination of strength and ductility (at the same density).
It has been improved. The aluminum-based, high-strength, high-ductility, low-density alloys prepared by the present invention utilize controlled composite Al 3 (Li, Zr) precipitation that advantageously provides a wide range of strength and ductility combinations. contains things.

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

本発明は、以下の詳細な説明と添付図面を参照
すれば、より完全に理解でき、さらにその他の利
点が明らかとなるであろう。この添付図面につい
て: 第1図は、Al−3.1Li−2Cu−1Mg−0.5Zrの組
成を持つ合金の暗視野透過電子顕微鏡像で、この
合金には、そのアルミニウムマトリツクス中の複
合析出物を発達させるために、2段時効処理
(170℃で4時間、つづいて190℃で16時間)が行
われている; 第2図は、組成がAl−3.7Li−0.5Zrである合金
の弱ビーム暗視野顕微鏡像で、変形中における転
位すべりに対する複合析出物の抵抗力を示してい
る; 第3a図は、従来の時効処理(180℃で16時間)
を行つた、Al−3.7Li−0.5Zr組成を持つ合金にお
いて観測された平面状すべりを示す顕微鏡写真; 第3b図は、第3a図の合金を本発明の特許請
求に基づく処理方法(160℃で4時間、つづいて
180℃で16時間)による処理を行つた時の有益な
効果を示す顕微鏡写真であり、この合金の均一な
変形が促進されている; 第4図は、従来の時効処理(190℃で16時間)
を行つた、Al−3.1Li−2Cu−1Mg−0.5Zr組成を
持つ合金において観測された、すべり変形をした
δ′析出物を示す顕微鏡写真であり;及び、 第5図は、本発明の特許請求に基づく処理方法
(170℃で4時間、つづいて190℃で16時間)によ
る処理を、Al−3.2Li−3Cu−1.5Mg−0.2Zr組成
を持つ合金に対して行つた時の複合析出物の発達
を示す顕微鏡写真である。 好適な実施態様の説明 本発明は一般に、高強度、高延性および低密度
であるAl−Li−Zr−X合金の製造方法に関する。 本発明におけるアルミニウムを主体とする低密
度合金は、本質上Alba1ZraLibXcから成り、Xは
Cu、Mg、Si、Sc、Ti、U、Hf、Cr、V、Mn、
Fe、Co及びNiを含むグループから選ばれた、少
くとも1元素であり、“a”はおよそ0.15−2重
量%、“b”はおよそ2.5−5重量%、“c”は0
−約5重量%の範囲にあり、その残量はアルミニ
ウムである。 Zrの含有量は、耐すべり性分散質が高濃度に
形成されるよう0.15〜2wt%とする。Zrの含有量
が0.15wt%未満の場合には耐すべり性分散質の形
成が機械的特性の改善を生ずる上で十分でなく、
また2wt%を越える場合には、Zrは大部分、機械
的性質上望ましくない形態の細胞状のAl3Zrを形
成する。 Liの含有量の下限値2.5wt%は、所定の最低の
密度を達成するために設定されており、Liの含有
量が2.5wt%未満の場合には合金の密度が該所定
密度よりも大きくなる。Liの含有量が5wt%を越
える場合には、粒界で安定なAlLi相やCuあるい
はMgのような合金元素と共にLiを含んだ
Al6CuLi3、Al5CuLi3又はAl2MgLiのような安定
相を生成し、これらの相の発生は合金の機械的性
質にとつて好ましくない。 Xの上限値(5wt%)も上述と同様の理由で設
定される。Xの含有量が5wt%を越える場合に
は、既述したような安定相が形成され合金の機械
的性質にとつて不都合になる。 本発明の方法では、合金の熱処理時に多段時効
処理の利用を含む。この合金は、以下に記載する
ように熱処理によつて、本質的にアルミニウムマ
トリツクス中の「複合」Al3(Li、Zr)析出物
(第1図)から成つている特徴的な微細構造によ
つて性格づけられる。この合金は、その析出物が
該合金の機械的及び物理的性質を著しく低下させ
なければ、他のLi、Cu、及び/又はMgを含む析
出物をも含んでいてさしつかえない。 Al−Li−Zr−X合金の性質を支配する要素は、
基本的にそのLi含有量と微細構造であり、次いで
残りの合金構成元素である。その微細構造は主と
して組成及び、押出成形、鍛造及び/又は熱処理
のパラメータのような、最終的な熱的機械的処理
とによつて決定される。通常、加工したままの状
態(鋳造、押出成形、あるいは鍛造直後)の合金
は、大きな金属間粒子を含む。何らかの特性のた
めに何らかの微細構造の特質を発達させるために
は、さらに追加の処理を必要とする。 合金に初期溶体化処理を施す。すなわち、鍛造
あるいは押出成形過程中に存在していた金属間粒
子のほとんどを充分に溶融させるのに充分な時間
だけ、一定温度(T1)に加熱し、続いて、該溶
液中の合金構成元素を保持するに足る高速で、大
気温度まで冷却する。一般に温度T1に保つ時間
は、合金組成と製造法(例えば、鋳塊鋳造、粉末
冶金法)に依存し、典型的には、約0.1から10時
間程度の範囲である。該合金を時効温度T2まで
再加熱し、複合Al3(Li、Zr)析出物の核化を活
性化させるに充分な時間だけ熱する。そして大気
温度まで冷却し、温度T3で2回目の時効処理を
行う。これは、複合Al3(Li、Zr)析出物の成長
と、核化がZrによつて助けられないδ′析出物の鎔
融に充分な時間だけ行う。この時点での合金は、
本質的に複合Al3(Li、Zr)析出物から成る、特
徴的な微細構造によつて性格づけられる。この複
合Al3(Li、Zr)析出物は、転位すべりに対する
抵抗力があり、変形運動の分散に非常な効果を持
つ(第2図)。その結果、最適量の複合Al3(Li、
Zr)析出物を含む合金は均一な変形態様で変形
し、機械的性質が改善される。第3b図は、本発
明にて特許請求される方法で処理された合金での
均一変形態様を明瞭に示す。一方、第3a図は従
来の処理を受けた合金において、変形によるδ′析
出物の転位すべりのために観測された、程度のひ
どい平面状すべりを示す(第4図参照)。延性と
高強度の組み合わせは、本発明によると、耐すべ
り性分散質の濃度がおよそ10−60体積%の範囲で
ある時、好ましくはおよそ20−40体積%である
時、一番都合良く達成される。 溶体化の段階で、合金が加熱される正確な温度
T1は、この温度における金属間粒子が溶融して
いる限りは決定的なものでない。温度T1の典型
的な範囲は、およそ500℃から555℃である。複合
Al3(Li、Zr)析出物の核化が促進される、最初
の時効処理段階での正確な温度T2は、存在する
合金構成元素と、最後の時効処理段階とに依存す
る。T2の最適温度範囲は、およそ100℃から180
℃である。T3の範囲は120℃から200℃であるが、
正確な温度T3は、存在する合金構成元素と、望
まれる機械的性質に依存する。一般に、温度T2
とT3に保つ時間は、合金の組成と熱的機械的処
理履歴に依存して異なる。典型的な範囲は、およ
そ0.1から100時間である。 実施例 1 複合Al3(Li、Zr)析出物がAl−Li−Zr合金の
変形挙動を修正する能力は以下のように示され
る: 第2図は、変形した合金(Al−3.7Li−0.5Zr)
の微細構造を示す弱ビーム暗視野透過電子顕微鏡
像である。この合金は、540℃で4時間溶体化処
理してから続けて160℃で4時間時効させ、引き
続いて180℃で16時間最終時効を行つたものであ
る。第2図に示された合金の耐すべり性分散質の
濃度は、およそ30体積%である。そのような熱処
理は、すべり変形に対して高抗力で、変形運動を
分散させるのに非常に効果のある複合Al3(Li、
Zr)析出物の析出を促進する。 第3a図は、本発明による処理を行つていない
合金(Al−3.7Li−0.5Zr)が変形した時の微細構
造を示す明視野電子顕微鏡像である。該合金は、
540℃で4時間溶体化処理されたのち、180℃で16
時間時効処理されている。時効処理回数が1回の
この合金の耐すべり性分散質の濃度は、およそ5
体積%である。この合金は、脆い合金に特徴的で
共通の変形である。顕著な平面状すべりを示し
た。 これと対照的に、第3b図はAl−3.7Li−0.5Zr
組成を持つ合金の変形挙動に際して、本発明によ
る処理の有益な効果を示す。540℃で4時間溶体
化処理させたのち、該合金を160℃で4時間、及
び180℃で16時間、2段時効処理を行つたもので
ある。この合金の耐すべり性分散質の濃度は、お
よそ30体積%である。この合金の変形の状態は非
常に均一であり、高延性であることを示してい
る。 実施例 2 Al−3.1Li−2Cu−1Mg−0.5Zrの組成を持つ合
金について、表に示すように中程度の強度の用
途のための詳査を行つた。該合金は、540℃で2.5
時間溶体化させ、約20℃の水に急冷して従来の1
段時効処理を施したものと、本発明による2段時
効処理を施したものである。 本発明の処理を施したこの合金の耐すべり性分
散質の濃度は、およそ30体積%であ。以下、実施
例3〜5において、本発明の多段時効処理を施し
た合金の耐すべり性分散質の濃度もおよそ30体積
%である。
The present invention may be more fully understood, and other advantages thereof, apparent from the following detailed description and accompanying drawings. About this attached drawing: Figure 1 is a dark-field transmission electron microscopy image of an alloy with the composition Al-3.1Li-2Cu-1Mg-0.5Zr, which contains complex precipitates in its aluminum matrix. A two-stage aging treatment (4 hours at 170°C followed by 16 hours at 190°C) was performed to develop the alloy; Figure 2 shows the weak beam of the alloy with the composition Al-3.7Li-0.5Zr. Dark-field microscopy images showing the resistance of composite precipitates to dislocation sliding during deformation; Figure 3a shows conventional aging treatment (180°C for 16 hours)
Figure 3b shows a micrograph showing the planar slip observed in an alloy with composition Al-3.7Li-0.5Zr subjected to a treatment process according to the present invention (160°C 4 hours, then
Figure 4 is a photomicrograph showing the beneficial effect of aging treatment (16 hours at 180°C), which promotes uniform deformation of the alloy; )
FIG. 5 is a micrograph showing slidingly deformed δ' precipitates observed in an alloy having a composition of Al-3.1Li-2Cu-1Mg-0.5Zr; and FIG. Composite precipitates when an alloy with composition Al-3.2Li-3Cu-1.5Mg-0.2Zr is treated according to the claimed treatment method (4 hours at 170℃, followed by 16 hours at 190℃) This is a micrograph showing the development of. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention generally relates to a method of making Al-Li-Zr-X alloys that are high strength, high ductility, and low density. The low density alloy mainly composed of aluminum in the present invention essentially consists of Al ba1 Zr a Li b X c , where X is
Cu, Mg, Si, Sc, Ti, U, Hf, Cr, V, Mn,
At least one element selected from the group including Fe, Co, and Ni, where "a" is approximately 0.15-2% by weight, "b" is approximately 2.5-5% by weight, and "c" is 0%.
- in the range of about 5% by weight, the balance being aluminum. The content of Zr is set to 0.15 to 2 wt% so that slip-resistant dispersoids are formed at a high concentration. When the Zr content is less than 0.15wt%, the formation of slip-resistant dispersoids is not sufficient to cause improvement in mechanical properties;
If the amount exceeds 2 wt%, most of the Zr forms cellular Al 3 Zr, which is undesirable in terms of mechanical properties. The lower limit value of 2.5wt% for Li content is set to achieve the predetermined minimum density, and if the Li content is less than 2.5wt%, the density of the alloy is higher than the predetermined density. Become. When the Li content exceeds 5wt%, Li is contained together with stable AlLi phase or alloying elements such as Cu or Mg at grain boundaries.
Stable phases such as Al 6 CuLi 3 , Al 5 CuLi 3 or Al 2 MgLi are formed, and the occurrence of these phases is unfavorable for the mechanical properties of the alloy. The upper limit value of X (5wt%) is also set for the same reason as above. When the content of X exceeds 5 wt%, stable phases as described above are formed, which is disadvantageous for the mechanical properties of the alloy. The method of the present invention includes the use of multi-stage aging treatments during heat treatment of the alloy. This alloy is developed by heat treatment, as described below, into a characteristic microstructure consisting essentially of "complex" Al 3 (Li, Zr) precipitates (Figure 1) in an aluminum matrix. It can be characterized accordingly. The alloy may also contain other Li-, Cu-, and/or Mg-containing precipitates, provided that the precipitates do not significantly degrade the mechanical and physical properties of the alloy. The factors governing the properties of Al-Li-Zr-X alloy are:
Basically its Li content and microstructure, followed by the remaining alloy constituent elements. The microstructure is primarily determined by the composition and the final thermo-mechanical treatment, such as extrusion, forging and/or heat treatment parameters. Typically, alloys in their as-processed state (just cast, extruded, or forged) contain large intermetallic particles. Further processing is required to develop any microstructural features for any property. The alloy is subjected to an initial solution treatment. That is, heating to a constant temperature (T 1 ) for a sufficient time to fully melt most of the intermetallic particles that were present during the forging or extrusion process, followed by heating the alloy constituents in the solution. Cool to ambient temperature at a rate fast enough to maintain Generally, the time at which temperature T 1 is maintained depends on the alloy composition and manufacturing method (eg, ingot casting, powder metallurgy), and typically ranges from about 0.1 to 10 hours. The alloy is reheated to the aging temperature T 2 for a sufficient time to activate the nucleation of the composite Al 3 (Li, Zr) precipitates. It is then cooled to atmospheric temperature and subjected to a second aging treatment at a temperature of T3 . This is done for a time sufficient to allow the growth of the composite Al 3 (Li, Zr) precipitates and melting of the δ′ precipitates whose nucleation is not assisted by Zr. The alloy at this point is
It is characterized by a characteristic microstructure consisting essentially of composite Al 3 (Li, Zr) precipitates. This composite Al 3 (Li, Zr) precipitate has resistance to dislocation sliding and is extremely effective in dispersing deformation motion (Figure 2). As a result, an optimal amount of composite Al 3 (Li,
The alloy containing Zr) precipitates deforms in a uniform deformation manner and its mechanical properties are improved. Figure 3b clearly shows the uniform deformation behavior in the alloy treated with the method claimed in the invention. On the other hand, FIG. 3a shows the severe degree of planar slippage observed in conventionally processed alloys due to dislocation slippage of the δ' precipitates due to deformation (see FIG. 4). The combination of ductility and high strength is most conveniently achieved according to the invention when the concentration of slip-resistant dispersoids is in the range of approximately 10-60% by volume, preferably approximately 20-40% by volume. be done. The exact temperature at which the alloy is heated during the solution treatment stage
T 1 is not critical as long as the intermetallic particles at this temperature are molten. A typical range for temperature T 1 is approximately 500°C to 555°C. composite
The exact temperature T 2 during the first aging step at which nucleation of the Al 3 (Li, Zr) precipitates is promoted depends on the alloying constituents present and the last aging step. The optimum temperature range for T 2 is approximately 100°C to 180°C
It is ℃. The range of T 3 is from 120℃ to 200℃,
The exact temperature T 3 depends on the alloying constituents present and the mechanical properties desired. In general, the temperature T 2
The holding time at T3 varies depending on the alloy composition and thermal-mechanical processing history. A typical range is approximately 0.1 to 100 hours. Example 1 The ability of composite Al 3 (Li, Zr) precipitates to modify the deformation behavior of Al-Li-Zr alloys is demonstrated as follows: Figure 2 shows that the deformed alloy (Al-3.7Li-0.5 Zr)
This is a weak-beam dark-field transmission electron microscopy image showing the fine structure of . The alloy was solution treated at 540°C for 4 hours, followed by aging at 160°C for 4 hours, followed by a final aging at 180°C for 16 hours. The concentration of slip-resistant dispersoids in the alloy shown in FIG. 2 is approximately 30% by volume. Such heat treatment produces composite Al 3 (Li, Li,
Zr) Promotes precipitation of precipitates. FIG. 3a is a bright field electron microscopy image showing the microstructure of a deformed alloy (Al-3.7Li-0.5Zr) that has not been treated according to the present invention. The alloy is
After solution treatment at 540℃ for 4 hours, 16
Time-aged. The concentration of slip-resistant dispersoids in this alloy after one aging treatment is approximately 5
It is volume %. This alloy is a characteristic and common deformation of brittle alloys. It showed remarkable planar slip. In contrast, Figure 3b shows Al−3.7Li−0.5Zr
1 shows the beneficial effects of the treatment according to the invention on the deformation behavior of alloys with the composition. After solution treatment at 540°C for 4 hours, the alloy was subjected to two-stage aging treatment at 160°C for 4 hours and at 180°C for 16 hours. The concentration of slip-resistant dispersoids in this alloy is approximately 30% by volume. The state of deformation of this alloy is very uniform, indicating high ductility. Example 2 An alloy having the composition Al-3.1Li-2Cu-1Mg-0.5Zr was investigated for medium strength applications as shown in the table. The alloy has a temperature of 2.5 at 540°C.
The conventional 1
One was subjected to a stage aging treatment, and the other was subjected to a two-stage aging treatment according to the present invention. The concentration of slip-resistant dispersoids in this alloy treated according to the invention is approximately 30% by volume. Hereinafter, in Examples 3 to 5, the concentration of slip-resistant dispersoids in the alloy subjected to the multi-stage aging treatment of the present invention is also approximately 30% by volume.

【表】 効処理
従来の時効処理(190℃で16時間)は、δ′析出
物のすべり(第4図)のために、劣悪な延性
(3.6%)を示す。一方、2段時効処理によつて発
達した複合析出物(第1図)は強度も延性も改善
されている(伸び6.1%)。 実施例 3 航空宇宙的構造材のための高強度用途の要求を
満たすために高強度Al−Li合金を作製した。Al
−3.2Li−2Cu−2Mg−0.5Zr組成を持つ合金を542
℃で4時間溶体化処理した。表に示されたよう
に、従来の時効処理(190℃で16時間)では、低
強度(降伏強さ521MPa)で低い延性(3.6%)し
か得られない。しかし、合金の2段時効処理
(160℃で4時間、続いて180℃で16時間)では、
かなりの高強度(降伏強さ554MPa)と高延性
(5.5%)が得られており、これは航空宇宙的構造
材への応用のために必要である高強度合金が要求
する特性にかなうものである。
[Table] Effect treatment
Conventional aging treatment (16 hours at 190°C) shows poor ductility (3.6%) due to slippage of δ' precipitates (Figure 4). On the other hand, the composite precipitates developed by the two-stage aging treatment (Figure 1) have improved strength and ductility (6.1% elongation). Example 3 A high strength Al-Li alloy was prepared to meet the requirements of high strength applications for aerospace structural materials. Al
542 alloy with −3.2Li−2Cu−2Mg−0.5Zr composition
Solution treatment was carried out at ℃ for 4 hours. As shown in the table, conventional aging treatment (190°C for 16 hours) results in low strength (yield strength 521 MPa) and low ductility (3.6%). However, in a two-stage aging treatment of the alloy (4 hours at 160°C, followed by 16 hours at 180°C),
Considerably high strength (yield strength 554 MPa) and high ductility (5.5%) were obtained, which meet the required properties of high-strength alloys needed for aerospace structural applications. be.

【表】 効処理
実施例 4 この例は、単純な3成分合金Al−3.7Li−0.5Zr
の機械的物性について、本発明による方法の有益
な効果を示すものである。合金を540℃で4時間
溶体化させ、続いて表に示すように時効処理し
た。その結果、張力特性は本発明による方法によ
れば従来の方法と比較して強度と延性の点で改良
された結果を与えることが分る。
[Table] Effect treatment
Example 4 This example uses a simple ternary alloy Al-3.7Li-0.5Zr.
2 shows the beneficial effects of the method according to the invention on the mechanical properties of. The alloys were solution treated at 540° C. for 4 hours and subsequently aged as indicated in the table. The results show that the tensile properties show that the method according to the invention gives improved results in terms of strength and ductility compared to conventional methods.

【表】 実施例 5 広範囲にわたる機械的性質は、多段時効処理条
件を用いることによつて達成できる。例えば3段
時効処理(120℃で4時間、140℃で16時間および
160℃で4時間)によつて、降伏強さ446MPa、
引張り強さ464MPa及び伸びは4.6%が得られた。
時効処理は2〜5回行なうが、場合によつては2
〜10回行なう。結果として、本発明による合金の
種々の熱処理は、種々の機械的性質を持つ合金を
製造するために用いることができる。 実施例 6 この例は、低Zr含量のAl−Li合金における複
合析出物を発達させるためについての、本発明に
よる処理法の潜在的可能性を示す。第5図は、
540℃で4時間溶体化させ、170℃で4時間再加熱
し、続いて190℃で16時間で最終時効処理した。
典型的なAl−3.2Li−3Cu−1.5Mg−0.2Zr合金の
暗視野電子顕微鏡像である。この合金の耐すべり
性分散質の濃度は、およそ15体積%である。その
ような合金で見られる複合Al3(Li、Zr)析出物
の大きな体積分率は、本発明による処理法が
0.2wt%という低Zr含量を持つAl−Li合金におい
てもまた非常に効果的であることを示す。このよ
うに、本発明についてほぼ完全な詳細を記述した
が、そのような詳細は厳密に固執すべきものでは
なく、さらなる変更や修正はそれ自身、当業者に
示唆しており、これらはすべて添付の請求の範囲
で明確になされているように本発明の枠内に含ま
れるということが了解されるであろう。
Table: Example 5 A wide range of mechanical properties can be achieved by using multi-stage aging conditions. For example, 3-stage aging treatment (4 hours at 120℃, 16 hours at 140℃ and
(at 160℃ for 4 hours) yield strength of 446MPa,
A tensile strength of 464 MPa and an elongation of 4.6% were obtained.
Aging treatment is performed 2 to 5 times, but in some cases 2 to 5 times.
Do ~10 times. As a result, different heat treatments of the alloy according to the invention can be used to produce alloys with different mechanical properties. Example 6 This example demonstrates the potential of the process according to the invention for developing complex precipitates in Al-Li alloys with low Zr content. Figure 5 shows
Solution treatment was carried out at 540°C for 4 hours, reheated at 170°C for 4 hours, followed by a final aging at 190°C for 16 hours.
This is a dark field electron microscope image of a typical Al-3.2Li-3Cu-1.5Mg-0.2Zr alloy. The concentration of slip-resistant dispersoids in this alloy is approximately 15% by volume. The large volume fraction of composite Al 3 (Li, Zr) precipitates found in such alloys is due to the treatment method according to the present invention.
It is also shown to be very effective in Al-Li alloys with Zr content as low as 0.2 wt%. Although the invention has thus been described in near complete detail, such details are not to be construed as strictly adhered to, and further changes and modifications may themselves suggest themselves to those skilled in the art, all of which may be found in the attached appendix. It will be understood that it is included within the scope of the invention as defined in the claims.

JP50235586A 1985-07-08 1986-04-11 Aluminum alloy and its manufacturing method Granted JPS62502295A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US75243385A 1985-07-08 1985-07-08
US752433 1985-07-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62502295A JPS62502295A (en) 1987-09-03
JPS648066B2 true JPS648066B2 (en) 1989-02-13

Family

ID=25026317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50235586A Granted JPS62502295A (en) 1985-07-08 1986-04-11 Aluminum alloy and its manufacturing method

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0229075B1 (en)
JP (1) JPS62502295A (en)
AU (1) AU578828B2 (en)
CA (1) CA1280342C (en)
DE (1) DE3665884D1 (en)
WO (1) WO1987000206A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5178695A (en) * 1990-05-02 1993-01-12 Allied-Signal Inc. Strength enhancement of rapidly solidified aluminum-lithium through double aging
AUPQ485399A0 (en) 1999-12-23 2000-02-03 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Heat treatment of age-hardenable aluminium alloys
AUPR360801A0 (en) * 2001-03-08 2001-04-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Heat treatment of age-hardenable aluminium alloys utilising secondary precipitation
DE102007056298A1 (en) * 2007-11-22 2009-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Piston for internal combustion engine, suitable for use in motor sports, is hardened by very rapid cooling of specified composition
RU2513492C1 (en) * 2013-02-21 2014-04-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Aluminium-based wrought nonhardenable alloy
CN104694786B (en) * 2015-01-29 2016-09-07 东莞劲胜精密组件股份有限公司 A kind of aluminium alloy
CN106756272A (en) * 2016-12-14 2017-05-31 张家港市广大机械锻造有限公司 A kind of alloy manufacturing methods for airborne vehicle housing
WO2019152664A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 Arconic Inc. Corrosion resistant aluminum electrode alloy
KR102494830B1 (en) * 2022-03-22 2023-02-06 국방과학연구소 Fabrication Method of Al-Li Alloy Using Multi-Stage Aging Treatment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3366165D1 (en) * 1982-02-26 1986-10-23 Secr Defence Brit Improvements in or relating to aluminium alloys
CA1198656A (en) * 1982-08-27 1985-12-31 Roger Grimes Light metal alloys
JPS59118848A (en) * 1982-12-27 1984-07-09 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Structural aluminum alloy having improved electric resistance
BR8401499A (en) * 1983-03-31 1984-11-13 Alcan Int Ltd LINKS THE ALUMINUM BASE AND PROCESS TO PRODUCE A PLATE OR STRIP
US4661172A (en) * 1984-02-29 1987-04-28 Allied Corporation Low density aluminum alloys and method

Also Published As

Publication number Publication date
EP0229075B1 (en) 1989-09-27
WO1987000206A1 (en) 1987-01-15
EP0229075A1 (en) 1987-07-22
AU5774986A (en) 1987-01-30
DE3665884D1 (en) 1989-11-02
CA1280342C (en) 1991-02-19
JPS62502295A (en) 1987-09-03
AU578828B2 (en) 1988-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5226983A (en) High strength, ductile, low density aluminum alloys and process for making same
JP3194742B2 (en) Improved lithium aluminum alloy system
JPH0236661B2 (en)
EP2112239B1 (en) Method of forming an aluminum alloy with l12 precipitates
EP1902150B1 (en) High strength aluminum alloys and process for making the same
EP2112242A1 (en) Heat treatable L12 aluminium alloys
CA2022572A1 (en) Method of modifying multicomponent titanium alloys and alloy produced
US5232661A (en) γ and β dual phase TiAl based intermetallic compound alloy having superplasticity
JPH07109536A (en) Aluminum alloy for forging and heat treatment therefor
Quist et al. Aluminum-lithium alloys
JPS648066B2 (en)
JPS63171862A (en) Manufacture of heat resistant ti-al alloy
US20200354818A1 (en) High Strength Microalloyed Magnesium Alloy
US5281285A (en) Tri-titanium aluminide alloys having improved combination of strength and ductility and processing method therefor
CA2084415A1 (en) Method for forging rapidly solidified magnesium base metal alloy billet
US4842822A (en) Aluminum-lithium alloy and method of investment casting an aluminum-lithium alloy
JPH08232053A (en) Production of high strength aluminum alloy extruded material
JP2000345259A (en) CREEP RESISTANT gamma TYPE TITANIUM ALUMINIDE
US5277717A (en) Rapidly solidified aluminum lithium alloys having zirconium for aircraft landing wheel applications
JP2686020B2 (en) Superplastically deformable β + γTiAl-based intermetallic alloy and method for producing the same
KR20200077966A (en) Cast type alpha+beta titanium alloy and method for manufacturing the same
Fu et al. Microstructure evolution and coarsening mechanism of 7075 semi-solid aluminum alloy pre-deformed by ECAP method
tarke Jr et al. THE MICROSTRUCTURE A. ND PROPERTIES OF ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS
WO1991017281A1 (en) Double aged rapidly solidified aluminum-lithium alloys
Lunn SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF NOVEL ALUMINUM ALLOYS