NO168060B - Knaprodukt av aluminiumbasert legering og fremgangsmaate til fremstilling derav. - Google Patents

Abstract

Det beskrives et legert aluminiumbasert smiprodukt med forbedret korrosjonsmotstand i tillegg til styrke og seighet.Produktet består av 2,2 til 3,0 vekt% Li, 0,4 til 2,0 vekt* Mg, 0,2 til 1,6 vekt% Cu,0til2,0 vekt% Mn, 0 til 1,0 vekt% Zr,. maksimalt 0,5 vekt% Fe, maksimalt 0,5 vekt% Si, resten aluminium og tilfeldige forurensninger. Produktet får forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet når det utsettes for elding.Forut for eldingstrinnet blir produktet med fordel bearbeidet ved strekkforming, slik at det etter eldingen får forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet. Søknaden angår også en fremgangsmåte for fremstilling av legeringen.

Description

Oppfinnelsen angår aluminiumbaserte knalegeringsprodukter med forbedrede kombinasjoner av styrke, seighet og korrosjonsmotstand, hvilke produkter har evne til å utvikle forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet, idet produktene består av 2,2-3,0 vekt% Li, 0,4-2,0 vekt% Mg, 0,2-1,6 vekt% Cu, 0-2,0

vekt% Mn, 0-0,1 vekt% Zr, 0-0,5 vekt% Fe, 0-0,5 vekt% Si,

resten aluminium og tilfeldige forurensninger, samt en fremgangsmåte til å fremstille slike produkter.

I flyindustrien er det ålment iakttatt at en av de mest effektive måter å redusere flyvekten på, er å redusere densiteten av aluminiumlegeringen som brukes i flykonstruksjonen. I den hensikt å redusere legeringens densitet har det vært vanlig å tilsette litium. Tilsatsen av litium har imidlertid ikke vært uten problemer. For eksempel har tilsatsen av litium til aluminiumlegeringer ofte resultert i nedsettelse av duktilitet og bruddseighet. Når det gjelder fly-deler, er det nødvendig at den litiumholdige legering både har forbedret bruddseighet og styrkeegenskaper.

Man vil være klar over at både høy styrke og høy bruddseighet synes å være vanskelig å oppnå sett i lys av konvensjonelle legeringer slik som AA (Aluminum Association) 2024-T3X og 7050-TX som normalt anvendes i flydeler. F.eks., en artikkel av J.F. Staley med tittel "Microstructure and Toughness of High-Strength Aluminum Alloys", bruddseighet-relaterte egenskaper, ASTM STP605, American Society for Testing and Materials, 1976, side 77-103, viser generelt at for en AA 2024 tynnplate avtar seigheten ettersom styrken øker. Det observeres også, ifølge den nevnte artikkel, at det samme gjelder for en AA 7050 plate. Mer foretrukne legeringer ville tillate øket styrke med bare minimal eller ingen senkning av seigheten eller ville innebære prosesstrinn hvor seigheten kontrolleres ettersom styrken ble øket for å oppnå en mer ønsket kombinasjon av styrke og seighet. I tillegg ville, for de mer foretrukne legeringer, kombinasjonen av styrke og seighet være oppnåelig i en aluminium-litium-legering med en densitetsreduksjon i størrelsen 5 til 15%. Slike legeringer ville finne utstrakt bruk i luftfartsindustrien hvor lav vekt og høy styrke og seighet betyr høy brenselbesparelse. Det vil således være klart at å oppnå kvaliteter så som høy styrke med lite eller intet tap i seighet, eller hvor seigheten kan kontrolleres mens styrken økes, ville resultere i et bemerkelsesverdig unikt aluminium-litium-legeringsprodukt.

Foreliggende oppfinnelse frembringer et forbedret litiumholdig aluminiumbasert legeringsprodukt som kan bearbeides til forbedrede styrkekarakteristika samtidig som de gode seighets-egenskapene beholdes, eller som kan bearbeides for å fremskaffe en ønsket styrke ved et kontrollert seighetsnivå.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å frembringe et litiumholdig aluminiumbasert legeringsprodukt med forbedret korrosj onsmotstand.

Et annet formål med denne oppfinnelse er å frembringe et forbedret aluminium-litium knalegeringsprodukt med forbedret korrosjonsmotstand i tillegg til styrke- og seighetskarakteri-stika.

Enda et annet formål med denne oppfinnelse er å frembringe et aluminium-litiua legeringsprodukt med forbedret korrosjonsmotstand og med evne til å bli bearbeidet etter innherding for å forbedre styrkeegenskapene uten å svekke produktets bruddseighet nevneverdig.

Et ytterligere formål ved denne oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte til å frembringe et aluminium-litium knalegeringsprodukt med forbedret korrosjonsmotstand og bearbeide produktet etter innherding for å forbedre styrkeegenskapene uten å svekke bruddseigheten nevneverdig.

Et ytterligere formål med denne oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte til å øke styrken av aluminium-litium-knalegerings-produktet etter innherdningen uten å senke bruddseigheten nevneverdig.

Det særpregede ved fremgangsmåten fremgår av kravene 5-9.

Disse og andre formål vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse, tegninger og krav.

I samsvar med disse formål frembringes det et aluminiumbasert knalegeringsprodukt med forbedrede kombinasjoner av styrke, bruddseighet og korrosjonsmotstand. Produktet kan frembringes i en tilstand egnet for elding og har evne til å utvikle forbedret styrke som følge av eldingsbehandling uten å senke bruddseigheten eller korrosjonsmotstanden nevneverdig. Produktet omfatter 2,2 til 3,0 vekt% Li, 0,4 til 2,0 vekt% Mg, 0,2 til 1,6 vekt% Cu, 0 til 2,0 vekt% Mn, 0 til 1 vekt% Zr, 0 til 0,5 vekt% Fe, 0 til 0,5 vekt% Si, resten aluminium og tilfeldige forurensninger. Produktet er, forut for et eldnings-trinn, gitt en bearbeidningseffekt tilsvarende strekking av produktet ved romtemperatur i en grad på minst 4 %, slik at produktet har kombinasjoner av forbedret styrke og bruddseighet etter et eldingstrinn. Ved fremgangsmåten for fremstilling av et aluminiumbasert legeringsprodukt med forbedrede kombinasjoner av styrke, bruddseighet og korrosjonsmotstand frembringes et legeme av litiumholdig aluminiumbasert legering som kan bearbeides til et kna-aluminiumsprodukt. Knaproduktet kan først behandles ved innherding og deretter strekkes eller på andre måter bearbeides i en grad ekvivalent med strekking. Graden av bearbeidelse så som ved strekking f.eks. er normalt større enn den som brukes for å fjerne indre spenninger etter bråkjøling. Fig. 1 viser at forholdet mellom seigheten og konvensjonell flytegrense for et bearbeidet legeringsprodukt i samsvar med foreliggende oppfinnelse øker ved strekking. Fig. 2 viser at forholdet mellom seighet og konvensjonell flytegrense øker for et andre bearbeidet legert produkt strukket i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser forholdet mellom seighet og konvensjonell flytegrense for et tredje legeringsprodukt strukket i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser at forholdet mellom seighet og konvensjonell flytegrense øker for et annet legert produkt strukket i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser at forholdet mellom seighet (kjerv-strekkfasthet dividert med konvensjonell flytegrense) og konvensjonell flytegrense avtar med økende grad av strekking for AA 7005. Fig. 6 viser at strekking av AA 2024 utover 2% ikke vesentlig øker seighet-styrke-forholdet for denne legering. Fig. 7 illustrerer forskjellige seighet-flytegrense-forhold hvor endringer i retning oppover og til høyre representerer forbedrede kombinasjoner for disse egenskaper. Fig. 8 viser korrosjonsmotstand og styrke, som funksjon av legeringens sammensetning. Fig. 9 er en kurve som viser effekten av kobber-innhold på seighet og korrosjon.

Når forbedret korrosjonsmotstand er påkrevet i tillegg til forbedret kombinasjon av styrke og seighet, må legeringen ifølge foreliggende oppfinnelse inneholde 2,2 til 3,0 vekt% Li, 0,4 til 2,0 vekt% Mg, 0,2 til 1,6 vekt% Cu, 0 til 2,0 vekt% Mn,

0 til 0,5 vekt% Fe, 0 til 0,5 vekt% Si, 0,01 til 0,2 vekt% Zr, resten aluminium og tilfeldige forurensninger. Forurensningene er fordelaktig begrenset til ca. 0,05 vekt% av hver, og summen av forurensninger bør ikke overskride 0,15 vekt%. Innen disse grenser, er det foretrukket at totalsummen av alle forurensninger ikke overskrider 0,35 vekt%.

Når det er ønskelig å maksimere både bruddseighet

og korrosjonsmotstand, kan en foretrukket legering i samsvar med foreliggende oppfinnelse inneholde 2,3 til 2,6 vekt% Li, 0,5 til 0,8 vekt% Cu, 1,0 til 1,4 vekt% Mg, 0 til 0,5 vekt% Mn, 0,09 til 0,15 vekt% Zr, resten aluminium og forurensninger som ovenfor spesifisert.

Dersom det er ønsket å forbedre bruddseighet, men bare svakt senke korrosjonsmotstanden, kan en foretrukket legering i samsvar med oppfinnelsen inneholde 2,2 til 2,4 vekti Li,

0,8 til 1,2 vekt% Cu, 1,0 til 1,4 vekt% Mg, 0 til 0,5 vekt% Mn, 0,09 til 0,15 vekt% Zr, resten aluminium og forurensninger som angitt ovenfor. En typisk legeringssammensetning vil da inneholde 2,3 vekt% Li, 1,0 vekt% Cu, 1,1 vekt% Mg,

0,12 vekt% Zr og maksimum 0,1 vekt% av hver av Fe og Si.

For å oppnå den laveste densitet og maksimere bruddseigheten og korrosjonsmotstanden er legeringssammensetningen fordelaktig. 2,6 til 3,0 vekt% Li, 0,3 til 0,6 vekt% Cu,

0,8 til 1,2 vekt% Mg, 0 til 1,0 vekt% Mn, 0,09 til 0,15 vekt% Zr og resten aluminium og forurensninger som angitt foran.

I foreliggende oppfinnelse er litium svært viktig,

ikke bare fordi det tillater en betydelig senkning av densiteten, men også fordi det markert forbedrer strekkfastheten og konvensjonell flytegrense såvel som at det forbedrer elasti-sitetsmodulen. I tillegg vil nærvær av litium forbedre ut-matt ingsmot standen. Mest markert vil imidlertid nærvær av litium, sammen med andre regulerte mengder av legeringselementer, frembringe legerte aluminiumprodukter som kan bearbeides til å gi unike kombinasjoner av styrke og bruddseighet samtidig som man opprettholder en merkbar densitetsreduksjon. Det bemerkes at mindre enn 0,5 vekt% Li ikke gir noen signi-fikant reduksjon i legeringens densitet, og 4 vekt% Li er nær løselighetsgrensen for Li, hvilket forøvrig er avhengig av tilstedeværelsen av de andre legeringselementene. På det nåværende tidspunkt er det ikke forventet at høyere litium-nivåer vil forbedre kombinasjonen av seighet og styrke for

det legerte produkt.

Det må iakttas at for å oppnå et høyt korrosjonsmot-standsnivå i tillegg til de unike kombinasjoner av styrke og bruddfasthet såvel som densitetsreduksjon, må alle legeringselementer utvelges med omhu. For eksempel, for hver 1 vekt% Li som tilsettes, avtar legeringens densitet med ca. 2,4%. Således skulle Li-mengden maksimeres dersom densiteten er det eneste som det tas hensyn til. Dersom det imidlertid er ønskelig å

øke seigheten ved et gitt styrkenivå, må Cu tilsettes. Densiteten av legeringen øker imidlertid med 0,87% for hver 1 vekt% Cu som tilsettes og motstanden mot korrosjon og spennings-korros jonsriss reduseres. Densiteten øker med 0,85% for hver 1 vekt% Mn som tilsettes. Man må således være omhyggelig for å unngå å tape de fordeler litiumtilsatsen gir, ved at det tilsettes eksempelvis elementer som Cu og Mn. Mens litium ifølge dette er det viktigste element for å redusere vekt, er de andre elementene viktige for å oppnå passende nivåer av styrke, bruddseighet, korrosjons- og spennings-korrosjonsriss-motstand.

Hva angår kobber, særlig innen de områder som er angitt foran for anvendelse i samsvar med foreliggende oppfinnelse, vil dets nærvær forbedre legeringsproduktets egenskaper ved å redusere tapet i bruddseighet ved høyere styrkenivåer. Det betyr, f.eks. sammenlignet med litium, at kobber i den foreliggende oppfinnelse har evnen til å frembringe høyere kombinasjoner av seighet og styrke. Dersom f.eks. mer tilsats av litium ble brukt til å øke styrken uten kobber, ville nedgangen i seighet være større enn dersom kobber ble tilsatt for å øke styrken. Når man således velger en legering ifølge foreliggende oppfinnelse, er det viktig når man foretar et utvalg, å balansere både den ønskede seighet og styrke, siden begge elementer virker sammen til å frembringe unik seighet og styrke i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Det er viktig at de områdene som er nevnt foran fastholdes, særlig hva gjelder den øvre grensen for kobber, siden overskuddsmengder kan føre til uønsket dannelse av intermetalliske forbindelser som kan påvirke bruddseigheten. I tillegg kan høyere nivåer av kobber resultere i avtagende motstand mot korrosjon og spenningskorrosjonsriss. I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det således blitt oppdaget at ved å holde fast de foran angitte områder for kobber kan bruddseighet, styrke, korrosjon og spenningskorrosjonsriss maksimeres, slik det vises på fig. 8.

Kobberets effekt på styrken er vist på fig. 8 ved 2 og 6% strekking. I tillegg vises den skadelige effekt større mengder kobber har på korrosjonsmotstanden. Det betyr at det vises at øket styrke oppnås med større mengder av kobber, men at korrosjonsmotstanden senkes, og at ved lavere mengder av kobber forbedres korrosjonsmotstanden mens styrken senkes.

Magnesium tilsettes eller tilveiebringes i denne type aluminiumlegering hovedsakelig for det formål å øke styrken

selv om det senker ubetydelig tettheten og foretrekkes utfra dette utgangspunkt. Det er viktig å fastholde de øvre grenser fastsatt for magnesium fordi overskudd av magnesium også kan forstyrre bruddseigheten, særlig ved dannelse av uønskede faser på korngrenseflåtene.

Også manganmengdene må omhyggelig kontrolleres. Mangan tilsettes for å bidra til kornstruktur-kontroll, særlig i sluttprodukt. Mangan er også et kolloid-dannende element

og utfelles i små partikkelformer ved termiske behandlinger og har som ett av sine fordeler en styrkeforbedrende effekt. Dispergerte partikler såsom A^gC^Mn-j og Al^M^*31 ^an dannes av mangan. Krom kan også anvendes til kornstruktur-kontroll, men på en mindre foretrukket basis. Zirkonium er det foretrukne materiale for kornstrukturkontroll. Anvendelse av sink resulterer i økede nivåer av styrke, særlig i kombinasjon med magnesium. Overskuddsmengder av sink kan imidlertid svekke seigheten ved dannelse av intermetalliske faser. ;Seigheten eller bruddseighet som brukt heretter re-fererer til hvor motstandsdyktig legemet, f.eks. tynn-plate eller en plate er mot ustabil vekst av sprekker eller andre revner. ;Forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet er en forandring i den normale inverse sammenheng mellom styrke og seighet mot høyere seighetsverdier ved gitte nivåer av styrke eller mot høyere styrke-verdier ved gitte nivåer av seighet. For eksempel, når man går fra punkt A til punkt D på figur ;7, representerer det tapet i seighet som vanligvis forbindes med økningen av en legerings styrke. I motsetning hertil, når man går fra punkt A til punkt B, resulterer det i en økning av styrken i det samme seighetsnivået. Således er punkt B en forbedret kombinasjon av styrke og seighet. I tillegg, når man går fra punkt A til punkt C, resulterer det i en økning i styrke mens seigheten avtar, men kombinasjonen av styrke og seighet forbedres relativt til punkt A. Relativt til punkt D forbedres imidlertid seigheten ved punkt C og styrken forblir omtrent den samme, og kombinasjonen av styrke og seighet antas å bli forbedret. Videre, når man tar punkt B relativt til punkt D, forbedres seigheten og styrken har avtatt, men kombinasjonen av styrke og seighet antas igjen å bli forbedret . ;Såvel som å frembringe legeringsproduktet med kon-trollerte mengder av legeringselementer som beskrevet ovenfor, foretrekkes det at legeringen bearbeides ifølge en bestemt trinnvis metode for å frembringe de mest foretrukne karak-teristika for både styrke og bruddseighet. Således kan legeringen som her beskrives, frembringes som en blokk eller et finemne for fabrikasjon til et egnet knaprodukt ved støpe-teknikker som for tiden anvendes for støpeprodukter, med kontinuerlig støping som foretrukket. Videre kan legeringen valsestøpes eller slabbstøpes til tykkelser fra 0,64 til 5,1 eller 7,6 cm eller mer, avhengig av det ønskede sluttprodukt. Det skal bemerkes at legeringen også kan frembringes som finemne konsolidert fra finpartikler såsom pulver av aluminium-legering med sammensetning i områdene som fastsatt ovenfor. Pulveret eller partikkel-materialet kan fremstilles ved prosesser såsom atomisering, mekanisk legering og smelte-spinning. Blokken eller finemnet kan for-bearbeides eller formes for å frembringe et egnet emne for etterfølgende bearbeidingsoperasjoner. Forut for den første bearbeidings-operasjonen blir legeringsemnet underkastet homogenisering og fortrinnsvis ved metalltemperaturer i området 482 til 565°C i en tidsperiode på minst 1 time for å løse opp løse-lige elementer såsom Li og Cu, og å homogenisere den indre strukturen i metallet. En foretrukket tidsperiode er ca. 20 timer eller mer i homogeniseringens temperaturområde. Normalt trenger ikke oppvarmningen og homogeniseringsbehandlingen å være lenger enn 40 timer, men lengre tider skader normalt ikke. Tidsperioder på 20 til 40 timer ved homogeniseringstemperaturen er funnet å være godt egnet. I tillegg til å oppløse bestanddeler for å fremme bearbeidbarheten, er denne homogeniseringsbehandlingen viktig siden den antas å utfelle de mangan- og zirkonium-bærende dispergerte partikler som hjelper til å kontrollere den endelige kornstruktur. ;Etter homogeniseringsbehandlingen kan metallet valses eller ekstruderes eller på andre måter utsettes for bearbeidings-operasjoner for å frembringe et emne såsom plater eller ekstruksjoner eller annet emne egnet for bearbeidelse til sluttproduktet. For å fremstille et produkt av plate-typen, foretrekkes det at et legeme av legeringen varmvalses til en tykkelse i området 0,25 til 0,64 cm for tynn-plater og 0,64 til 15,2 cm for plater. For varmval-singen bør temperaturen være i området 537 ned til 398°C. Fortrinnsvis er metalltemperaturen opprinnelig i området ;482 til 523°C. ;Når plateproduktet tenkes brukt til vingebjelker hvor det brukes tykkere seksjoner, er andre operasjoner enn varmvalsing normalt unødvendig. Når den tilsiktede anvendelse er vinge- eller skrog-paneler som krever tynnere mål (tykkelse) , kan ytterligere reduksjon utføres ved kaldvalsing. ;Slike reduksjoner kan være til en platetykkelse på f.eks. ;fra 0,025 til 0,63 cm og vanligvis fra 0,076 til 0,254 cm. ;Etter at legemet av legeringen er valset til den ønskede tykkelse, blir platen eller andre bearbeidede ar-tikler utsatt for innherding for å løse opp løselige elementer. Innherdingen fullføres fortrinnsvis ved en temperatur i området 482 til 565°C og fremstiller fortrinnsvis en urekrystallisert konstruktur. ;Innherdingen kan utføres satsvis eller kontinuerlig, og varigheten av behandlingen kan variere fra timer for sats-operasjoner ned til så lite som noen få sekunder for kontinuerlige operasjoner. I prinsippet kan oppløsningseffekter skje forholdsvis hurtig, f.eks. på så lite som 30 til 60 sekunder, så snart metallet har oppnådd en oppløsnings-temperatur på ca. 537 til 565°C. Imidlertid kan oppvarmingen av metallet til denne temperatur medføre vesentlig tidsbruk avhengig av den type operasjon som anvendes. Ved satsvis behandling av et tynnplateprodukt i et produksjonsanlegg, blir platen behandlet i en ovnsladning og en viss tid kan være nødvendig for å bringe hele ladningen til innherdingstemperatur, og innherdingen kan således ta en eller flere timer, f.eks. en eller to timer eller mere ved satsvis innherding. Ved kontinuerlig behandling blir platen ført kontinuerlig ;som ett enkelt flak gjennom en langstrakt ovn som sterkt øker oppvarmingshastigheten. ;Den kontinuerlige måten foretrekkes ved praktiseringen av oppfinnelsen, særlig for tynnplateprodukter siden det oppnås en relativt hurtig oppvarming og kort holdetid ved inn-herdingstemperaturen. Således gjennomfører oppfinnerne innherdingen på så lite som ca. 1,0 minutt. Som en videre hjelp til å få en kort oppvarmningstid, frembringer en ovnstempera-tur eller en ovnssonetemperatur vesentlig over den ønskede metalltemperatur, en hurtigere oppvarming som hjelper til å redusere oppvarmingstiden. ;For videre å frembringe den ønskede styrke og bruddseighet, såvel som korrosjonsmotstand, som er nødvendig for det endelige produkt og for operasjonene for å danne produktet, bør produktet bråkjøles for å hindre eller minimalisere ukontrollert utfelling av styrkegivende faser som omtales i det følgende. Således foretrekkes det ved praktiseringen av den foreliggende oppfinnelse at bråkjølingsgraden bør være minst 55,5°C pr. sekund fra innherdingstemperatur til en temperatur av ca. 93°C eller lavere. En foretrukket bråkjølingshastighet er i det minste 111°C pr. sekund i temperaturområdet 4 82°C eller mer til 93°C eller mindre. ;Etter at metallet har nådd en temperatur av ca. 93°C, kan det luftkjøles. Når legeringen ifølge oppfinnelsen er slabb- ;støpt eller valsestøpt f.eks., kan det være mulig å sløyfe noen av eller alle de ovenfor nevnte trinn, og dette ligger innenfor oppfinnelsens ramme. ;Etter innherdning og bråkjøling som anført her, kan ;de forbedrede plater eller ekstrusjoner og andre knapro- ;dukter ha et område for konvensjonell flytegrense fra 172,4 N/mm<2 >til 344,8 N/mm 2 og et nivå for bruddseighet i området fra 172,4 N/mm<2 >til 136,5 N mm ^ Vm. Ved anvendelse av kunstig elding for å forbedre styrken kan imidlertid bruddseigheten synke betydelig. Por å minske det tap i bruddseighet som tidligere har vært forbundet med bedring i styrke, er det blitt opp- ;daget at det innherdede og bråkjølte legeringsprodukt, sær- ;lig tynnplater, plater og ekstrusjoner, må strekkes, fortrinnsvis ved romtemperatur, mer enn 3 %, f.eks. 3,5 % eller mer av sin opprinnelige lengde, eller på annen måte be- ;arbeides eller deformeres for å meddele produktet en bearbeidingseffekt tilsvarende strekking mer enn 3 %, f.eks., ;ca. 3,5 % eller mer, av den opprinnelige lengde. Den bearbeidingseffekt som det refereres til er ment å inkludere valsing og smiing såvel som andre bearbeidingsoperasjoner. ;Man har oppdaget at styrken av f.eks. tynnplater og plater ;av legeringen kan økes betydelig ved strekking forut for den kunstige eldingen, og slik strekking medfører lite eller intet tap i bruddseighet. Det vil forstås at ved sammenlignbare legeringer med høy styrke, kan strekking medføre et betydelig fall i bruddseighet. Strekking av AA7050 reduserer både seighet og styrke, som vist på ;figur 5, tatt fra referansen til J.T. Staley som før nevnt. Tilsvarende seighet-styrke-data for AA2024 er vist på figur ;6. For AA2024 øker en strekking på 2 % kombinasjonen av seighet og styrke mer enn det som oppnås uten stekking, imidlertid medfører ytterligere strekking ingen nevneverdig økning i seigheten. Når man således vurderer seighet-styrke-forholdet, er det liten fordel i å strekke AA2024 mer enn 2 %, og det er skadelig å strekke AA7050. ;I motsetning hertil, når strekking eller tilsvarende be-arbeiding kombineres med kunstig elding, kan et legeringsprodukt i samsvar med foreliggende oppfinnelse oppnås med betydelig øket kombinasjon av bruddseighet og styrke. ;Mens oppfinnerne ikke nødvendigvis ønsker å være bundet til noen teori av oppfinnelsen, antas det at de-formasjonen eller bearbeidingen, såsom strekking, utført etter innherding og bråkjøling resulterer i en mer ensartet fordeling av litiumholdige metastabile utfellinger etter kunstig elding. Disse metastabile utfellinger antas å oppstå som et resultat av introduksjonen av en høy konsentrasjon av defekter (dislokasjoner, tomplasser, tom-plassopphopninger, osv.) som kan fungere som preferensielle kjernepunkter for disse utfellingsfaser (såsom *, en for-løper for A^CuLi-faser) gjennom hvert korn. I tillegg antas det at denne praksis forhindrer kimdannelse av både metastabile og likevekts-faser såsom Al^Li, AlLi, A^CuLi og Alj-CuLi^ på korn- og subkorn-grenseflater. Det antas også at kombinasjonen av øket ensartet utfelling gjennom hvert korn og redusert korngrenseutfelling resulterer i den observerte høyere kombinasjon av styrke og bruddseighet hos aluminiumlitium-legeringer bearbeidet eller deformert såsom ved strekking, f.eks., forut for den endelige elding.

Når det gjelder tynnplater eller plater, f.eks., foretrekkes det at strekkingen eller tilsvarende bearbeidelse er større enn 3 %, f.eks. ca. 3,6 % eller større, og mindre enn 14 %. Videre foretrekkes det strekkingen er i området fra ca. 3,7 eller 4 til 12 % økning over den opprinnelige lengde, med typiske økninger i området 5 til 8 %.

Når legeringsblokken valsestøpes eller slabbstøpes, kan støpematerialet utsettes for strekking eller tilsvarende uten de mellomliggende trinn eller bare med noen av de mellomliggende trinn for å oppnå styrke og bruddseighet i

samsvar med oppfinnelsen.

Efter at legeringsproduktet ifølge foreliggende oppfinnelse er blitt bearbeidet kan det eldes kunstig for å frembringe de kombinasjoner av bruddseighet og styrke

som er så høyt ønsket hos flydeler. Dette kan bli opp-

fylt ved å utsette tynnplaten eller platen eller det formede produkt for en temperatur i området 65 til 204°C i en til-strekkelig lang tid til å øke den konvensjonelle flyte-

grense ytterligere. Noen sammensetninger av det legerte

produkt er i stand til å bli eldet kunstig til en konvensjonell flytegrense så høy som 655 N/mm 2. De brukbare styrker er imidlertid i området 344,8 N/mm 2 til 586 N/mm 2, og tilsvarende bruddseig-heter er i området 22,75 til 68,25 N mm ^in. Kunstig elding fullføres fortrinnsvis ved å utsette det legerte produkt for en temperatur i området 135 til 190°C i periode av minst 30 minutter. En egnet eldingsutførelse innebærer en behandling i 8 til 24 timer ved en temperatur av ca. 162°C. Videre iakttas det at det legerte produkt i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan bli utsatt for hvilke som helst av de typiske undereldingsbehandlinger som er velkjente på teknikkens om-

råde, inkludert naturlig elding. Imidlertid antas det på det nåværende tidspunkt at naturlig elding er mindre fordelak-

tig. Mens man her har referert til ettrinns elding, vil flertrinnselding, såsom to eller tre eldetrinn, kunne

brukes, og strekking eller tilsvarende bearbeidelse kan

anvendes forut for eller til og med etter deler av slik fler-trinns-elding.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen ytterligere.

Eksempel I

En aluminiumlegering bestående av 1,73 vekt% Li,

2,63 vekt% Cu, 0,12 vekt% Zr og resten hovedsakelig aluminium og forurensninger, ble støpt til en blokk egnet for valsing. Blokken ble homogenisert i en ovn ved en temperatur av 537°C i 24 timer og så varmevalset til et plateprodukt ca. 2,54 cm tykt. Platen ble så innherdet i en varmebehandlingsovn ved en temperatur på 551°C i en time og

så bråkjølt ved neddykking i vann av 21°C, mens platens temperatur umiddelbart før nedsenkning var 551°C. Deretter ble en prøve av platen strukket til 2 % større enn den opprinnelige lengde, og en andre prøve ble strukket til 6 % mer enn dens opprinnelige lengde, begge ved ca. romtemperatur. Med hensikt å elde kunstig ble de strukne prøvene behandlet enten ved 162°C eller 190°C i tidsrom som vist i tabell I. Verdiene for konvensjonell flytegrense for de nevnte prøver baseres på prøver tatt i lengderetningen, retningen parallell med valseretningen. Seighet ble bestemt ved ASTM Standard Practice E561-81 for R-kurve-bestemmelse. Resultatene av disse tester er ført opp i tabell I. I tillegg vises resultatene på figur 1 hvor seigheten er vist som funksjon av konvensjonell flytegrense. Det vil ses av figur 1 at 6 % strekking forskyver styrke-seighetsforholdet oppover og til høyre relativt til 2 % strekking. Således vil det ses at strekking utover 2 % forbedret seigheten og styrken betydelig hos denne litiumholdige legering. I motsetning hertil senker strekking både styrke og seighet i den tvers-gående retning for legeringen 7050 (figur 5). Strekking utover 2 % medfører ifølge figur 6 små tilleggsforbedringer i seighet-styrke-forholdet hos AA2024.

Eksempel II

En aluminiumlegering bestående av, på vektbasis,

2 % Li, 2,7 % Cu, 0,65 % Mg og 0,12 % Zr, resten hovedsakelig aluminium og forurensninger, ble støpt til en blokk egnet for valsing. Blokken ble homogenisert ved 526°C i 36 timer, varmvalset til en 2,5 cm plate som i eksempel I, og innherdet i 1 time ved 526°C. I tillegg ble prøvene også bråkjølt, strukket, eldet og testet før seighet og styrke som i eksempel I. Resultatene er vist i tabell II og forholdet mellom seighet og konvensjonell flytegrense er vist på figur 2. Som i eksempel I forskyver en strekking på 6 % av denne legering seighet-styrke-forholdet til vesentlig høyere nivåer. Den brutte linje gjennom punktet for 2 % strekking er ment å antyde det mulige slektskapet for denne grad av strekking.

Eksempel III

En aluminiumlegering bestående av på vektbasis, 2,78 % Li - 0,49 % Cu - 0,98 % Mg - 0,50 % Mn - 0,12 % Zr, resten vesentlig aluminium, ble støpt til en blokk egnet for valsing. Blokken ble homogenisert som i eksempel I

og varmvalset til en plate med 0,64 cm tykkelse. Derefter ble platen innherdet i en time ved 537°C og bråkjølt i vann av 21°C. Prøver fra den bråkjølte platen ble strukket

0 %, 4 % og 8 % før elding i 24 timer ved 162°C eller 190°C. Konvensjonell flytegrense ble bestemt som i eksempel I og seigheten ble bestemt ved "Kahn type tear tests", jfr. "sprekkstyrke" i tabellene nedenfor. Denne prøvemetoden er beskrevet i en artikkel med tittelen "Tear Resistance of Aluminum Alloy Sheet as Determined from Kahn-Type Tear Tests", Materials Research and Standards, Vol. 4, No. 4, 1984 April, s. 181. Resultatene er vist i tabell III, og sammenhengen mellom seighet og konvensjonell flytegrense er vist på figur 5.

Her kan det ses at en strekking på 8 % medfører øket styrke og seighet utover det som allerede er oppnådd ved 4 % strekking. Data for AA2024 strukket fra 2 % til 5 % (figur 6) faller derimot i et svært smalt bånd ulikt den større effekten strekking har på seighet-styrke-forholdet som observeres hos litiumholdige legeringer.

Eksempel IV

En aluminiumlegering bestående av, på vektbasis, 2,72 % Li, 2,04 % Mg, 0,53 % Cu, 0,49 % Mn og 0,13 % Zr, resten hovedsakelig aluminium og forurensninger, ble støpt til en blokk egnet for valsing. Derefter ble den homogenisert som i eksempel I og så varmvalset til en 0,64 cm tykk plate. Efter varmvalsing ble platen innherdet i en time ved 537°C og bråkjølt i vann av 21°C. Prøver ble tatt efter 0 %, 4 % og 8 % strekking og eldet som i eksempel I. Tester ble utført som i eksempel III, og resultatene er presentert i tabell IV. Figur 4 viser sammenhengen mellom seighet og konvensjonell flytegrense for denne legeringen som en funksjon, av graden av strekking. Den brutte linjen er ment å antyde seighet-styrkeforholdet for denne grad av strekking. For denne legeringen er økningen i styrke ved ekvivalent seighet betydelig større enn for de tidligere legeringer og var uventet i lys av egenskapene for konvensjonelle legeringer såsom AA7050 og AA2024.

Eksempel V

En første aluminiumlegering bestående av, på vektbasis; 2,3 % Li, 0,5 % Cu, 1,2 % Mg og 0,12 % Zr, resten hovedsakelig aluminium og forurensninger, ble støpt til en blokk egnet for valsing. Blokken ble homogenisert ved 537°C i 24 timer og så varmvalset til et plateprodukt 1 cm tykt. Platen ble innherdet ved en temperatur av 537°C, så bråkjølt i kalt vann og strukket 6 % lengre enn den opprinnelige lengde. I den hensikt å elde kunstig ble de strukne prøver behandlet ved 149 til 162°C i 12 til 48 timer. En andre og tredje aluminiumlegering med samme sammensetning bortsett fra henholdsvis 1,0 % Cu og 2,7 % Cu, ble støpt og behandlet på samme måte. Prøver ble tatt som i eksempel I og strekkfasthet, konvensjonell flytegrense og bruddseighet ble bestemt slik det måles ved "Kahn Tear TEst". Prøvene ble testet for avskallingskorrosjon og gradert i samsvar med EXCO (ASTM testemetode G34) avskallingsgradering hvor en EA-gradering indikerer høy motstand mot avskallingskorrosjon og en ED-gradering indikerer lav motstand. Testresultatene er vist i tabell

V.

Seighet og avskallingskorrosjonsmotstand som funksjon av kobberinnholdet i legeringen, er vist på figur 9.

Eksempel VI

Fire aluminiumbaserte legeringer ble fremstilt med de følgende elementer:

Legeringene ble støpt, homogenisert, varmvalset til en

0,6 cm plate, innherdet og kaltvannsherdet som i eksempel V. Prøver ble tatt som i eksempel V og strukket 2 % og

6 % av deres opprinnelige lengde og derefter kunstig eldet i 24 timer ved 162°C. Prøvene ble testet som i eksempel V, og resultatene er vist i tabell VI. Figur 8 viser styrke og korrosjonsmotstand i forhold til kobbernivået i legeringene.

Det bør bemerkes at legering 1 og 2, i samsvar med oppfinnelsen, har lignende styrke som legeringene 3 og 4 som fremstilles konvensjonelt. Likevel har legering 1 og 2, i samsvar med oppfinnelsen, meget bedre korrosjonsmotstand.

Mens oppfinnelsen er beskrevet ved hjelp av foretrukne utførelser, er intensjonen med de følgende krav å omfatte andre utførelser som faller innenfor oppfinnelsens ide.

Claims (9)

1. Aluminiumbasert knalegeringsprodukt med forbedrede kombinasjoner av styrke, seighet og korrosjonsmotstand, hvilket produkt har evne til å utvikle forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet som følge av eldingsbehandling, idet produktet består av 2,2 - 3,0 vekt% Li, 0,4-2,0 vekt% Mg, 0,2-1,6 vekt% Cu, 0-2,0 vekt% Mn, 0-1,0 vekt% Zr, 0-0,5 vekt% Fe,

0-0,5 vekt% Si, resten aluminium og tilfeldige forurensninger, karakterisert ved at produktet, forut for et eldingstrinn, er gitt en bearbeidingseffekt tilsvarende strekking av nevnte produkt ved romtemperatur i en grad på minst 4%, slik at produktet etter et eldingstrinn har forbedrede kombinasjoner av styrke og seighet.

2. Produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at Li-innholdet er i området 2,2 - 2,4 vekt%.

3. Produkt ifølge krav 1, karakterisert ved at innholdet av Li er i området 2,4 - 2,8 vekt%, Cu er i området 0,3 - 0,8 vekt%, Mn er i området 0-0,5 vekt% og Mg er i området 1,0 - 1,4 vekt%.

4. Produkt ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at bearbeidelseseffekten er ekvivalent med strekking av produktet i en grad på 4 - 14%.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumbaserte lege-ringsprodukter med kombinasjoner av forbedret styrke, korrosjonsmotstand og bruddseighet, idet fremgangsmåten innebærer trinnene (a) frembringelse av et litiumholdig aluminiumbasert legeringsprodukt bestående hovedsakelig av 2,2 -3,0 vekt% Li, 0,4 -2,0 vekt% Mg, 0,2-1,6 vekt% Cu, 0-2,0 vekt% Mn, 0-1,0 vekt% Zr, 0 - 0,5 vekt% Fe, 0 - 0,5 vekt% Si, resten aluminium og tilfeldige forurensninger, karakterisert ved at (b) produktet forut for et eldingstrinn gis en bearbeidelses-effekt tilsvarende til strekking av produktet ved romtemperatur i en grad på minst 4%, slik at det efter et eldingstrinn oppnås forbedrede kombinasjoner av styrke og bruddseighet i tillegg til korrosjonsmotstand.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det produkt som frembringes har et innhold av Li i området 2,4 - 2,8 vekt%, Cu i området 0,3 - 0,8 vekt%, Mn i området 0-0,5 vekt% og Mg i området 1,0 - 1,4 vekt%.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det produkt som frembringes har et innhold av Li i området 2,2 - 2,4 vekt%.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det anvendes en bearbeidingseffekt som er likeverdig med å strekke legemet 4 - 14%.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 5, 6, 7 eller 8, karakterisert ved at et legeme av nevnte legering homogeniseres ved en temperatur i området 482 - 565°C forut for formingen til nevnte produkt.