JPS60211034A - アルミニウム−リチウム合金 - Google Patents

アルミニウム−リチウム合金

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JPS60211034A
JPS60211034A JP28208784A JP28208784A JPS60211034A JP S60211034 A JPS60211034 A JP S60211034A JP 28208784 A JP28208784 A JP 28208784A JP 28208784 A JP28208784 A JP 28208784A JP S60211034 A JPS60211034 A JP S60211034A
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JP
Japan
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alloy
aluminum
lithium
weight
aged
Prior art date
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Pending
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JP28208784A
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English (en)
Inventor
アール.ユージン カーテイス
ジー.ハリ ナラヤナン
ウイリアム イー.クイスト
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Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

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】 イ、産業上の利用分野 本発明はアルミニウムーリチウム合金に□係わり、更に
詳しくは破壊に対する高い靭性および強度を兼ね備えた
アルミニウムーリチウム合金に関する。
口1発明の背景 現行の商業上の大型輸送航空機は、航空機の製造時に軽
減した重−1ka当り1251〜167f(1ポンド当
り15〜20ガロン)の燃料を年間で節約できると予測
されている。航空機の寿命である20年の使用にわたっ
てはこの単位重量当りの燃料の節約は2500J〜33
404!にもなる。
現在の燃料の価格でみれば、航空機の構造重量を軽減す
るための意義ある投資で航空機の全体とした経済効率を
向上することができる。
様々な形式の航空機における性能向上に必要なことは、
改良したエンジン、改良した機体の設計、そして航空機
に使用される改良したもしくは新しい構造金属によって
達成される。エンジンおよび機体設計における改良はこ
れらの科学技術の限界を一般に押し進めてきた。しかし
ながら新しい構造金属および改良した構造金属の開発は
今や大きな関心を集めており、性能における更に新たな
利益を生むものと期待されている。
航空機の構造的概念の使命において材料は常に重要な役
割を果してきた。今世紀の初期においては、機体構造は
木材、主として松(SprLIOe) 、および別布で
作られていた。今世紀の初期に使用されていた松の不足
により、航空機の構造材料として軽量の金属合金が使用
され始めた。これとほぼ同時に、設計上の改良により全
金属製の片持翼の開発がなし遂げられた。しかしながら
、金属被覆翼が標準になるとともに、航空機の主構造金
属として主にアルミニウム合金とせる金属が確実に定着
したのは1930年代以降である。この時以降航空機の
構造金属は、アルミニウム構造金属が主に翼、胴体およ
び尾部に使用され、また鋼鉄が着陸ギヤおよびその他の
特に強度の高い材料を要求される成る種の特別な部分の
ための材料として使用されるように、非常に一貫して存
続してきた。
航空機の構造に組み入れるための幾つかの新しい材料が
現在開発されてきている。これらの材料には新しい金属
材料、金属マトリックス複合材および樹脂マトリックス
複合材が含まれる。改良せるアルミニウム合金およびカ
ーボンファイバ複合材が次の10年間における航空機の
構造材料として優位を占めるものと確信される。複合材
が航空機の構造材料として増々大きな比率で使用される
であろう一方、新しい軽量アルミニウム合金、そして特
にアルミニウムーリチウム合金がアルミニウム合金の使
用を拡大する多大の有望性を示している。
これ迄アルミニウムーリチウム合金は航空機の構造にお
いて僅かに使用されているだけであった。
この僅かにしか使用されていなかったのはアルミニウム
ーリチウム合金特有の鋳造が困難なこと、そしてこれ以
外の通常のアルミニウム合金に比較して破壊に対する靭
性が低いことが原因とされていた。しかしながらアルミ
ニウムーリチウム合金はアルミニウム合金の密度をかな
り小さクシ(重量に対する強度の比率がかなり^い)、
これは航空機に使用される構造材料の全重量を軽減する
上で非常に重要になることが見出されたのである。
アルミニウムーリチウムの処理技術の向上はかなり速や
かに行われてきたが、主なる挑戦は未だにアルミニウム
ーリチウム合金における破壊に対する靭性と高い強度と
を良好に兼ね合わせることにある。
ムー」11匁IL 本発明は強度が高く、破壊に対する良好な靭性を有し、
しかも本発明がとって代わることを意図している通常の
2000シリーズのアルミニウム合金に比較して比較的
密度が小さいアルミニウムーリチウム合金を与えるよう
に、加工でき熱処理できる組成の新規なアルミニウムー
合金を提供する。本発明により準備される合金は、2.
45重量%のリチウム、0.6重量%のマグネシウム、
1.8重量%の銅、および0.122重丸のジルコニウ
ムを基準組成として有する。この合金を低温で時効させ
ることにより、破壊に対する靭性と高い強度との優れた
兼ね合いを得られるのである。
二0発明の説明 本発明により組成されるアルミニウムーリチウム合金は
約2.2〜約2.8重量%にリチウム、0.2〜0.8
重量%のマグネシウム、1j5〜2.1重量%の銅、そ
して粒子精製元素として最大0.15重量%のジルコニ
ウムを含有できる。
好ましくは0.1〜0.15重量%のジルコニウムが組
み入れられる。ここでの%は特に記載していない場合は
総て合金の全重量に基いた重量%である。合金中のマグ
ネシウムは強度を高めるとともに密度を僅かに低減させ
る働きをなす。これはまた固溶体の強度を高めるもので
ある。銅は合金の強度を高める。ジルコニウムは好まし
い粒子精製元素として作用する。
鉄および珪素は合計0.3重量%迄の量で存在させるこ
とができる。これらの元素は微小元素としてのみ存在さ
れて、鉄は最大0.15重量%、珪素は最大0.12重
量%に制限されることが好ましく、またそれぞれ0.1
0重量%および0.10重量%以下であるのが更に好ま
しい。亜鉛のような成る種の微小元素は全体として0.
25重量%迄でこれを超えない量だけ存在させることが
できる。クロムやマンガンのような他の元素は0.05
重量%もしくはそれ以下の量に維持されねばならない。
もしこれらの微小元素の最大限界を超えると、アルミニ
ウムーリチウム合金としての望ましい特性は劣化する傾
向を示すのである。微小元素とされるリチウムおよび水
素もまたアルミニウムーリチウム合金の特性(特に破壊
に対する靭性)に有害であると考えられており、例えば
リチウムに関して15〜301)pll(0,0015
〜0.0030重量%)の程度、また水素に関して15
111)I (0,0015重重%)以下、好ましくは
1.0DI)l (0,0001重量%)以下のように
、特に達成できる最低レベルに維持されねばならない。
勿論のことながら合金の残部はアルミニウムからなる。
前述で説明した組成のアルミニウムーリチウム合金は知
られている技術によって製品に作られる。
この合金は溶融状態となされ、インゴット鋳造される。
このインゴットは次に493℃〜536℃(925’F
〜1000王)の範囲の温度において均質化処理される
。然る後この合金はロール加工、押出加工等の通常の機
械的な成形技術によって使用する製品に成形される。こ
のようにして製品が形成されると、この合金は普通は4
96℃〜538℃(925°F〜i ooo下)の範囲
の温度において溶体化処理され、21℃〜66℃(70
下〜150°F)程度の温度に保持されている水等の急
冷剤内で急冷される。この合金がロール加工や押出加工
されるのであれば、内部応力を解放するために元の長さ
の1〜3%程度に一般に引き伸ばされる。
このアルミニウム合金は次に更に加工され、最終的に提
供する様々な形状に形成される。溶体化熱処理のような
更に他の熱処理が望まれるならば実施できる。例えば押
出加工製品は所望の長さに切断した後に524℃(97
5°F)程度の温度にて1〜4時間にわたって溶体化熱
処理を施される。
製品は次に21℃〜66℃(70’F〜150’F)程
度の濃度に保持されている急冷剤内で急冷される。
然る後、本発明によれば製品は時効処理を施されるのが
好ましく、これが材料の破壊に対する靭性およびその他
の特性を比較的高いレベルに維持しつつ、強度を高める
のである。本発明によれば、約93℃から約149℃(
約200下から約300下)の範囲の温度で製品が低温
時効熱処理を施される。この合金は大体121℃〜13
5℃(250下〜275°F)の温度範囲で熱処理され
るのが好ましい。これより高い温度においては、低い時
効温度におけるよりも強度と破壊に対する靭性との間に
適当なバランスを得るための時間が短くなるが、全体と
しての特性のバランスの点で僅かに劣る結果となる。例
えば、135℃〜149℃(275下〜300下)程度
の温度で時効を施される場合、1〜40時間にわたって
時効処1!!温度に保持されるのが好ましい。一方、1
21℃(250下)程度またはこれ以下の温度で時効を
施される場合、破壊に対する靭性と強度との間に適当な
バランスを得るためには2〜80時間もしくはそれ以上
にわたって時効処理されるのが好ましい。時効処理の後
、このアルミニウムーリチウム合金製の製品は室温まで
冷却されるのである。
上述した説明に応じて低温時効処理が施されると、この
処理によりアルミニウムーリチウム合金はその詳細な組
成によって45.7〜49.2kg/nun2 (65
〜70ksi)の程度の最終的な強度を有する。しかし
この材料の破壊に対する靭性は149℃(300下)よ
り高い温度で施される通常の時効処理を施された同様な
アルミニウムーリチウム合金のそれよりも1.5〜2倍
程度となるのである。本発明による低温時効処理技術で
達成された優れた強度および靭性の兼ね合いはまた驚く
べきことに成る種のアルミニウムーリチウム合金にそれ
が標準的な時効処理を施した場合に比較して耐応力コロ
−ジョン性の向上を示すようになすのである。これらの
向上した特性の例を保証できる実施例に関して更に詳し
く説明する。
色、1i1 以下の例は本発明により時効処理されたアルミニウムー
リチウム合金の優れた特性を示すとともに、本発明を実
施し利用する上で当業者の助けとなすために与えられる
。更に、これらは本発明のパラメータに応じて組成され
製造されたアルミニウムーリチウム合金の著しく改善さ
れ且つまた予想もされなかった特性を示すことを意図し
ている。
以下の実施例はこの説明の範囲即ち特許証を付与されて
保護されているの範囲を限定することを意図するもので
はない。
2.4重量%のリチウム、0.6重量%のマグネシウム
、1.8重量%の銅、0.15重量%のジルコニウムを
含有し、残部がアルミニウムであるアルミニウム合金が
組成された。このように組成された合金には全体として
0.25重饅%以下の微小元素が含有されている。鉄お
よび珪素はこの組成合金にそれぞれ0.07重量%以下
につき含有されている。この合金は鋳造され、524℃
(975下)で均質化処理を施された。然る後この合金
は5.08m10.2in)の厚さまチロール加工され
た。このようにして作られたシート材は次に524℃(
975°F)で1時間にわたる溶体化処理を施された。
この後約21℃(70″F)に保持されている水中で急
冷された。然る後、このシート材は初期長さの1.5%
のストレッチを施され、そして試験片に切断された。こ
れらの試験片は破壊に対する靭性の測定方法の1つであ
る事前にクラッチを付して行うシャルピー衝撃試験に供
するために、12.7im(0,5in) x6.35
mg+(2,5ii)x5,08ve(0,2in)の
寸法に切断された。引張強度試験に供される試験片は2
5.4si(lin)X101.611m(4in)x
5.08am(0,2In)とされた。複数の試験片は
次に135℃(275下)で16時間および40時間、
そして121℃(250°F)で40時間および72時
間のそれぞれの時効処理を施された。それぞれの温度お
よび時間において時効処理された試験片の各々は標準の
試験手順に応じて引張強度および事前にクラックを付し
て行うシャルピー衝撃試験を実施された。
135℃(275下)で時効処理された最大強度が45
.7〜49.2kMu+2 (65〜70ksi )の
範囲の試験片は116〜134cm−kMca2 (6
50〜750in−1 b /in2 )程度の靭性を
有していた。121℃(250’F )で時効処理され
た最大強度が43.5〜45.7ka/gv2 (62
〜65ksi)の範囲の試験片は1 34〜1 52c
m−ka/cs2 (750〜850in−Ib/1n
2)の範囲の靭性を示した。149℃(300”F )
よりも高い温度で時効処理した同じ材質で同じ最大強度
を有する試験片の靭性は約80.4cm−ko/ci2
 (450in−l b /in2 )以下であり、こ
れと比較される。
本発明は好ましい組成および処理パラメータを含む様々
な実施例を参照して説明された。当業者にとっては前述
の説明を読めばここに記載した広義の概念から逸脱する
ことなく様々な変更、同等方法の代用、そしてその他の
変形態様を実施できるであろう。それ故に特許証を付与
された本発明の範囲は特許請求の範囲に記載された限定
およびそれと同様範囲によって制限されることが意図さ
れる。
代理人 浅 村 皓

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 破壊に対する靭性に優れたアルミニウムーリチ
    ウム合金であって、 元 素 量 (重量%) リチウム 2.2〜2.8 マグネシウム 0.2〜0.8 銅 1 、5〜2.1 ジルコニウム 0.1〜0.15 鉄 最大0.15 珪素 最大0.12 他の微量元素 最大0.25 アルミニウム 残部 からなることを特徴とするアルミニウムーリチウム合金
  2. (2) 前記ジルコニウムが約0.10I量%までの量
    を含有されている特許請求の範囲第1項記載の合金。
  3. (3) 2.45重量%のリチウム、0.6重量%のマ
    グネシウム、1.8重量%の銅、および0.12重量%
    のジルコニウムを基準組成とする特許請求の範囲第1項
    記載の合金。
  4. (4) 前記合金が比較的低い温度で比較的長い時間に
    わたる時効処理を施された特許請求の範囲第1項記載の
    合金。
  5. (5) 前記合金が93℃〜149℃(200下〜30
    0″F)の範囲の濃度で時効処理を施された特許請求の
    範囲第1項記載の合金。
  6. (6) 前記合金が少なくとも1時間にわたって時効さ
    れた特許請求の範囲第5項記載の合金。
  7. (7) 前記合金が135℃(275’F)以下の温度
    で時効処理された特許請求の範囲第1項記載の合金。
  8. (8)前記合金が少なくとも2時間にわたって時効され
    た特許請求の範囲第7項記載の合金。
  9. (9) 前記合金が121℃(250’F)以下の温度
    で時効処理された特許請求の範囲第1項記載の合金。
  10. (10) 前記合金が少なくとも4時間にねたつ1時効
    された特許請求の範囲第9項記載の合金。
JP28208784A 1983-12-30 1984-12-28 アルミニウム−リチウム合金 Pending JPS60211034A (ja)

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US56709783A 1983-12-30 1983-12-30
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