JPS60211036A

JPS60211036A - アルミニウム−リチウム合金

Info

Publication number: JPS60211036A
Application number: JP28208984A
Authority: JP
Inventors: アール．ユージン　カーテイス; マイクル　ブイ．ハイアツト; ジー．ハリ　ナラヤナン; ウイリアム　イー．クイスト
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1985-10-23
Also published as: EP0149194A3; EP0149194A2

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、上の１　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高い強度を兼ね備え
たアルミニウムーリチウム合金に関する。

旦、」１１匁ＪＬＬ現行の商業上の大型輸送航空機は、航空機の製造時に軽
減した重量１ｋｏ当り１２５１〜１６７１（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２５００１〜３３
４０１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（ＳｐｒＵ＋り　、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
製の片持買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年代以陪で６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、そしてッ特に
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
り小さクシく重量に対する強度の比率がかなり高い）、
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、未だに未解決な主なる挑戦はアル
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。

ハ１発明の概要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
２ＸＸＸ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提供する。本発明によ
り準備される合金は、２．４５重重量のリチウム、１．
４重量％の銅、および０．１２重量％のジルコニウムを
基準組成として有する。この合金を低温でピーク強度の
近くま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特性を得られるのである。

二−ノ１１匁」１」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、１．０〜１．６
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。銅は合金の強度を＾める。

鉄および珪素は合計０．３重量％迄の量で存在Ｊ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、またそれぞれ最大ｏ
、ｉｏ重量％および最大０．１０重量％以下であるのが
更に好ましい。

亜鉛のような成る主の微小元素は全体として０．２５重
量％迄でこれを超えない聞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。微小元素とされるソジ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、例えばソジウ
ムに関して１５〜３０　Ｅｌｆ）１（０，００１５〜０
．００３０重量％）の程度、−また水素に関して１５ｐ
ｐｍ＋　（０，００１５重量％）以下、好ましくは１．
０ｐｐＩＩｌ　（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、インゴットに鋳造される
。このインゴットは次に４９３℃〜５３６’Ｃ（９２５
°Ｆ〜１０００’Ｆ）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４９６℃〜５３８℃（９２５°Ｆ〜１０００下）の
範囲の濃度において溶体化処理され、２１℃〜６６℃（
７０°Ｆ〜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−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
度の温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されるのが好ましく
、これが破壊に対する靭性を比較的高いレベルに維持し
つつ、製品強度を高めるのである。製品は約９３℃から
約１４９℃（約２００下から約３００下）の範囲の比較
的低い温度で時効処理を施されるのが好ましく、状況に
よってこれより高い温度で行われるが、一般に１７７℃
（３５０’Ｆ）以下とされる。この合金は１２１℃〜１
３５℃（２５０°Ｆ〜２７５°Ｆ）の温度範囲で時効処
理されるのが好ましい。

本発明の合金が時効される場合、ピーク強度の９２〜９
９％まで、好ましくはピーク強度の９８〜９９％までに
なす時間にわたって低温にて時効されるのが好ましい。

１２１℃〜１３５℃の温度において、本発明の合金は４
〜１ｏｏ時間で所望の強度レベルに達する。

ホ、実施例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
保護されている範囲を限定することを意図するものでは
ない。

２．４５重量％のリチウム、１．４重量％の銅、０．１
２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重量％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０．０８重量％以下で存
在している。この合金は鋳造され、５２４’Ｃ（９７５
°Ｆ）で均質化処理を施された。然る後この合金は５．
０８ｍ５（０，２ｉｎ）の厚さまＴ−０−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℃（９
７５°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下）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を測定する事前にクラッチ
を付して行うシャルピー衝撃試験に供するために、１２
．７ｍｍ（０，５ｉｎ）Ｘ６．３５ｍｍ（２，５ｅｎ）
Ｘ５．０８ｍ１１（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２５．４１１１１（ｌ
ｉｎ）ｘｌｏｌ、６ｍｇ＋（４ｉｎ）ｘ５．０８ｖａ（
０，２ｉｎ）とされた。複数の試験片は次に１３５℃（
２７５下）で７２時間″にわたり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ＡＳＴＭ試験手順に応じて引張強度お
よび事前に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°Ｆ）で時効処理された試験片は最大
強度が４５．７〜５２．７ｋＭｍｉ２　（６５〜７５ｋ
ｓｉ）の範囲テ１４３〜２５０ｃｍ−ｋ（１／Ｃｌ２（
８００〜１４００ｉｎ−１ｂ／ｉｎ２　）程度の靭性を
有していた。

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　皓第１頁の続き０発　明　者　ウィリアム　イー、り　アイスト　ト

Claims

【特許請求の範囲】

（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−（１量コ翫ｌ− リチウム　２．２〜２，８銅　１　、０〜１　、６ジルコニウム　最大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）　前記ジルコニウムが約０．１０重重量までの量
を含有されている特許請求の範囲第１項記載の合金。
（３）　２．４５重優％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）　前記合金が比較的低い温度でピーク強度近くに
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）　前記合金が９／３℃〜１４９℃（２０００Ｆ〜
３００°Ｆ）の範囲の温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）　前記合金が少なくとも４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。