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JPS6256942B2 - - Google Patents
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JPS6256942B2 - - Google Patents

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JPS6256942B2
JPS6256942B2 JP3016783A JP3016783A JPS6256942B2 JP S6256942 B2 JPS6256942 B2 JP S6256942B2 JP 3016783 A JP3016783 A JP 3016783A JP 3016783 A JP3016783 A JP 3016783A JP S6256942 B2 JPS6256942 B2 JP S6256942B2
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JP
Japan
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weight
alloy
alloys
lithium
less
Prior art date
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Application number
JP3016783A
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Japanese (ja)
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JPS58157942A (en
Inventor
Ebansu Buraian
Jon Piiru Kurisutofuaa
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UK Secretary of State for Defence
Original Assignee
UK Secretary of State for Defence
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、リチウムを含有するアルミニウム合
金、特に宇宙航空機用に使用するのに適する合金
に関するものである。 アルミニウム合金にリチウムを添加すると、そ
の密度を減少させると共に、その弾性モジユラス
を増加させて、比剛性において顕著な改善をもた
らすことが知られている。さらに、0゜〜500℃
の温度範囲にわたるアルミニウム中へのリチウム
の固溶性の急速な増大は、沈澱硬化して現存の産
業上製造されるアルミニウム合金の幾つかに匹敵
しうる強度レベルを達成しうるような合金系をも
たらす。 現在まで、リチウム含有合金の示しうる利点
は、従来開発されている実際の合金組成物および
これら組成物を製造するのに使用される慣用方法
に固有の困難性によつて、相殺されていた。2種
類のリチウム含有合金のみが、宇宙航空機分野に
おける用途に使用されていただけであつた。これ
らはアメリカン合金〔すなわちAl―4.5 Cu―1.1
Li―0.5 Mn―0.2 Cd(この組成および今後の組
成に関する全ての数値は重量%とする)の組成を
有するX2020〕、およびロシア合金01420、〔すな
わちフリドリ―アンダー等により英国特許第
1172736号明細書に記載された合金であつて、Al
―4〜7 Mg―1.5〜2.6 Li―0.2〜1.0 Mn―0.05
〜0.3Zrを含有するももの(MnおよびZrのいずれ
か一方もしくは両者が存在する)〕である。 X2020では1.1%のリチウムの添加に伴う密度
の減少は3%であり、この合金は極めて高い強度
を有するが、また極めて低いレベルの破砕靭性を
も有し、高応力下で有利に使用できるものではな
い。さらに、延性に関する問題も、成形操作の際
に見出された。 ロシア合金01420は、慣用の合金よりも良好な
比モジユラスを有するが、その比強度レベルは一
般に使用される2000シリーズのアルミニウム合金
と匹敵するのみであつて、重量節約は剛性の臨界
用途においてのみ達成することができる。 上記の両合金は1950年代に開発されたものであ
り、技術的刊行物に記載された1960年代の一層近
代的な合金はAl―2Mg―1.5 Cu―3Li―0.18Zrの
組成を有するものである。この合金は高度の強さ
と剛性とを有するが、その破砕靭性は多くの宇宙
航空機用途に対しまだ低すぎる。したがつて、た
とえば、注型もしくはその後の圧延の際インゴツ
トの亀裂というような高度の溶解質含量
(solutecontents)と関連する問題を克服する試
みがなされたが、この分野における多くの研究者
はその関心を粉末冶金技術に向けていた。この技
術は、注型ルート上の問題の幾つかを解決した
が、該技術自体多くの固有の欠点を有し、したが
つて1つの技術問題が解決しても別の問題が新た
に生じたのであつた。粉末ルート上の問題として
は、残留多孔性の除去、酸化物による粉末粒子の
汚染、および製造しうる製品の寸法に関する実際
的制約等の諸問題がある。 今回、合金元素としてのマグネシウムおよび銅
を比較的少量添加し、かつ製造法パラメータおよ
び後の熱処理を最適化することにより、ずつと高
い破砕靭性を含む充分な性質を備えたアルミニウ
ム合金が製造されうることを突き止めた。 本合金における合金組成は、密度減少と剛性増
加と充分な強度、延性および破砕靭性との間の最
適なバランスをもたらして密度減少と剛性増大と
の両者から可能になる重量軽減の度合を最大化さ
せる目的で開発されたものである。 本発明に係るアルミニウム合金は、 本質的に アルミニウムベースと リチウム2.0〜2.8重量%と マグネシウム0.4〜1.0重量%と 銅1.0〜1.5量%とからなり、 更に ジルコニウム0.2重量%以下、 マンガン0.5重量%以下、 ニツケル0.5重量%以下及び クロム0.5重量%以下 からなる群から選択された粒子サイズと再結晶時
の粒子成長をコントロールするための成分の少な
くとも1種とを含む。 ジルコニウム添加の好適範囲は0.1〜0.15重量
%である。 より希釈されたリチウム含有合金の主たる利点
は、製造および加工が極めて容易なことである。
発明による合金は、たとえば直接冷却半連続注型
法のような慣用注型技術によつて製造することが
できる。これに対し、公知の合金の場合には注型
上の問題が多くあるために、多くの技術者は粉末
冶金ルートに基づく製造技術を利用せざるを得な
かつたのである。 より低い溶解質含量を有する本発明の合金は、
比較的高い溶解質含量を有する従来の合金よりも
ずつと容易に均質化され、かつその後に、より容
易に加工されうる。 低密度および優秀な耐食性の如き種々の好まし
い機械的および物理的性質を有するため(優秀な
耐食性もより低い溶解質含量に一部依存する)、
本合金は宇宙航空機の機体用材料としての用途に
特に適している。組成Al―2.44Li―0.56Mg―
1.18Cu―0.13Zrを有する合金の密度は2.54g/ml
であり、これはたとえば2014合金の密度2.8g/ml
と比較して有利である。これは、匹適する性質を
備えた慣用合金に比較して9%以上の密度減少に
相当する。本発明の合金は、さらにその低い溶解
質含量のため、密度を増大させるような重質元素
の量が少ないという利点をも有することが了解さ
れるであろう。 シート用合金の場合には、好適なマグネシウム
含量は約0.7%である。このマグネシウムレベル
は、沈澱相およびその後の強度レベルの点で臨界
的であることが見出された。 本発明による合金の実例を、その性質および対
応する熱処理データと共に、以下に説明する。 実施例 1 組成Al―2.32Li―0.5Mg―1.22Cu―0.12Zr この合金インゴツトをホモジナイズし、3mmの
厚さまで熱間加工し、かつ中間段階の焼戻しをし
ながら1.6mmまで常温圧延した。 次いで、この合金シートを溶液処理し、冷水で
急冷し、かつ3%延伸させた。 下記第1表は、170℃において熟成時間を種々
変えて行つた試験の平均試験結果を示している。
The present invention relates to lithium-containing aluminum alloys, particularly alloys suitable for use in spacecraft applications. It is known that adding lithium to an aluminum alloy reduces its density and increases its elastic modulus, resulting in a significant improvement in specific stiffness. Furthermore, 0° to 500°C
The rapid increase in the solid solubility of lithium in aluminum over a temperature range of 10 to 10% results in an alloy system that can be precipitation hardened to achieve strength levels comparable to some of the existing industrially produced aluminum alloys. . To date, the potential advantages of lithium-containing alloys have been offset by the difficulties inherent in the actual alloy compositions previously developed and the conventional methods used to manufacture these compositions. Only two lithium-containing alloys have been used for applications in the aerospace field. These are American alloys [i.e. Al-4.5 Cu-1.1
X2020] with the composition Li-0.5 Mn-0.2 Cd (all figures relating to this and future compositions are in weight percent), and the Russian alloy 01420 [i.e.
The alloy described in the specification No. 1172736, which contains Al
―4~7 Mg―1.5~2.6 Li―0.2~1.0 Mn―0.05
~0.3Zr (one or both of Mn and Zr are present)]. For X2020, the density reduction with the addition of 1.1% lithium is 3%, making the alloy extremely high in strength, but also with extremely low levels of fracture toughness, making it advantageous for use under high stresses. isn't it. Additionally, problems with ductility were also found during forming operations. Although Russian Alloy 01420 has a better specific modulus than conventional alloys, its specific strength levels are only comparable to commonly used 2000 series aluminum alloys, and weight savings are achieved only in stiffness-critical applications. can do. Both alloys mentioned above were developed in the 1950s, and a more modern alloy from the 1960s described in technical publications has the composition Al-2Mg-1.5 Cu-3Li-0.18Zr. . Although this alloy has a high degree of strength and stiffness, its fracture toughness is still too low for many spacecraft applications. Therefore, although attempts have been made to overcome the problems associated with high solute contents, e.g. cracking of the ingot during casting or subsequent rolling, many researchers in this field have His interest was in powder metallurgy technology. Although this technology solved some of the problems with the casting route, the technology itself had many inherent drawbacks, so even if one technical problem was solved, another one was created. So it was warm. Problems with the powder route include the removal of residual porosity, contamination of the powder particles with oxides, and practical constraints on the dimensions of the products that can be manufactured. Now, by adding relatively small amounts of magnesium and copper as alloying elements and optimizing the manufacturing process parameters and post-heat treatment, an aluminum alloy with sufficient properties including increasingly high fracture toughness can be produced. I figured it out. The alloy composition in this alloy provides an optimal balance between reduced density and increased stiffness with sufficient strength, ductility and fracture toughness to maximize the degree of weight reduction possible from both reduced density and increased stiffness. It was developed for the purpose of The aluminum alloy according to the present invention essentially consists of an aluminum base, 2.0 to 2.8% by weight of lithium, 0.4 to 1.0% by weight of magnesium, and 1.0 to 1.5% by weight of copper, and further contains 0.2% by weight or less of zirconium and 0.5% by weight or less of manganese. , a particle size selected from the group consisting of 0.5% by weight or less of nickel and 0.5% by weight or less of chromium, and at least one component for controlling particle growth during recrystallization. The preferred range of zirconium addition is 0.1 to 0.15% by weight. The main advantage of more dilute lithium-containing alloys is that they are extremely easy to manufacture and process.
The alloy according to the invention can be manufactured by conventional casting techniques, such as direct cooling semi-continuous casting. In contrast, known alloys have many casting problems, forcing many engineers to use manufacturing techniques based on the powder metallurgy route. The alloy of the present invention with lower solute content is
It can be homogenized more easily and subsequently processed more easily than conventional alloys with relatively high solute contents. Because it has various favorable mechanical and physical properties such as low density and excellent corrosion resistance (excellent corrosion resistance also depends in part on the lower solute content),
The alloy is particularly suitable for use as a spacecraft fuselage material. Composition Al―2.44Li―0.56Mg―
The density of the alloy with 1.18Cu-0.13Zr is 2.54g/ml
For example, the density of 2014 alloy is 2.8g/ml
It is advantageous compared to This corresponds to a density reduction of more than 9% compared to conventional alloys with comparable properties. It will be appreciated that the alloys of the present invention also have the advantage of low amounts of heavy elements that increase density due to their low solute content. For sheet alloys, the preferred magnesium content is about 0.7%. This magnesium level was found to be critical in terms of precipitation phase and subsequent strength levels. Examples of alloys according to the invention are described below, together with their properties and corresponding heat treatment data. Example 1 Composition Al-2.32Li-0.5Mg-1.22Cu-0.12Zr This alloy ingot was homogenized, hot worked to a thickness of 3 mm, and cold rolled to 1.6 mm with an intermediate stage of tempering. The alloy sheet was then solution processed, quenched in cold water, and stretched 3%. Table 1 below shows the average test results of tests carried out at 170°C with various aging times.

【表】 実施例 2 組成Al―2.44Li―0.56Mg―1.18Cu―0.13Zr 合金の加工の詳細は、実施例1と同様である。
試験結果を下記第2表に示す。
[Table] Example 2 Composition Al-2.44Li-0.56Mg-1.18Cu-0.13Zr The details of processing the alloy are the same as in Example 1.
The test results are shown in Table 2 below.

【表】 実施例 3 組成Al―2.56Li―0.73Mg―1.17Cu―0.08Zr 合金加工の詳細は、実施例1と同様であり、た
だし延伸率は2%とした。試験結果を下記第3表
に示す。
[Table] Example 3 Composition Al-2.56Li-0.73Mg-1.17Cu-0.08Zr The details of alloy processing were the same as in Example 1, except that the stretching ratio was 2%. The test results are shown in Table 3 below.

【表】 実施例 4 組成Al―2.21Li―0.67Mg―1.12Cu―0.10Zr 合金処理の詳細は実施例3と同様である。試験
結果を下記第4表に示す。
[Table] Example 4 Composition Al-2.21Li-0.67Mg-1.12Cu-0.10Zr The details of the alloy treatment are the same as in Example 3. The test results are shown in Table 4 below.

【表】 実施例 5 組成Al―2.37Li―0.48Mg―1.18Cu―0.11Zr この実施例の合金は、厚さ11mmの板の形態で試
験した。 縦および横試験片における測定値(平均数値)
を第5表に示す。 この合金はクロスローリングしなかつた。
[Table] Example 5 Composition Al-2.37Li-0.48Mg-1.18Cu-0.11Zr The alloy of this example was tested in the form of a plate with a thickness of 11 mm. Measured values for vertical and horizontal specimens (average values)
are shown in Table 5. This alloy did not cross-roll.

【表】 実施例 6 組成Al―2.48Li―0.54Mg―1.09Cu―0.31Ni―
0.12Zr この実施例の合金は、530℃にて溶液処理し、
水冷し、かつ2%延伸させた25mmの熱間圧延板の
形態で試験した。試験結果を下記第6表に示す。
[Table] Example 6 Composition Al―2.48Li―0.54Mg―1.09Cu―0.31Ni―
0.12Zr The alloy of this example was solution treated at 530°C.
The test was conducted in the form of a 25 mm hot rolled plate that was water cooled and stretched by 2%. The test results are shown in Table 6 below.

【表】 上記した実施例の合金材料は全て、慣用の水冷
注型方法によつて製造したが、この合金系は粉末
冶金技術によつて処理することもできる。 しかしながら、本発明の合金の主たる利点は、
大型インゴツト注型能力にある。この種のインゴ
ツトからは宇宙産業において慣用アルミニウム合
金で既に製造されているものに匹適するような寸
法のシートおよび板体を製造することができる。 上記の実施例は、シートおよび板体の形に製造
された製品に限定されている。しかしながら、本
発明の合金は押出し、鍜造および注型による種々
の形態の材料の製造にも適している。 実施例 7 鉄及びケイ素の不純物レベルを、0.1重量%以
下に調製した純度99.86重量%のアルミニウムイ
ンゴツトを出発材料とし、下記組成を有する合金
インゴツトを作成した。
TABLE All the alloy materials of the examples described above were produced by conventional water-cooled casting methods, but the alloy systems can also be processed by powder metallurgy techniques. However, the main advantage of the alloy of the present invention is that
Large ingot casting ability. From ingots of this kind it is possible to produce sheets and plates of dimensions comparable to those already produced from customary aluminum alloys in the space industry. The above embodiments are limited to products manufactured in the form of sheets and plates. However, the alloys of the invention are also suitable for producing materials in various forms by extrusion, molding and casting. Example 7 An alloy ingot having the following composition was prepared using, as a starting material, an aluminum ingot with a purity of 99.86% by weight, in which the iron and silicon impurity levels were adjusted to 0.1% by weight or less.

【表】 この合金インゴツトをホモジナイズし、2mmの
厚さまで熱間加工し、かつ中間段階の焼戻しをし
ながら1.6mmまで常温圧延した。 次いでこの合金シートを更に2%延伸させた
後、時効処理した。合金シートの機械的特性に及
ぼす時効(age)の影響を調べた。結果は次表の
通りである。
[Table] This alloy ingot was homogenized, hot worked to a thickness of 2 mm, and cold rolled to 1.6 mm with an intermediate stage of tempering. Next, this alloy sheet was further stretched by 2% and then subjected to aging treatment. The influence of age on the mechanical properties of alloy sheets was investigated. The results are shown in the table below.

【表】 また、合金シートの機械的特性に及ぼす延伸率
の影響も調べた。結果は次表の通りである。
[Table] We also investigated the effect of stretching ratio on the mechanical properties of the alloy sheet. The results are shown in the table below.

【表】 上記した合金インゴツトを押出し成形したサン
プルの機械的特性は次の通りである。
[Table] The mechanical properties of a sample obtained by extrusion molding the above alloy ingot are as follows.

【表】 本発明の合金は、宇宙航空機用の用途のみに限
定されない。本発明の合金は、たとえば地上およ
び海上の乗物における幾つかの用途のように軽重
量が必要とされるような場合に、どこでも使用す
ることができる。
[Table] The alloys of the present invention are not limited to use only in spacecraft. The alloys of the present invention can be used wherever light weight is required, such as in some applications in land and sea vehicles.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 本質的に アルミニウムベースと リチウム2.0〜2.8重量%と マグネシウム0.4〜1.0重量%と 銅1.0〜1.5重量%とからなり、 更に ジルコニウム0.2重量%以下、 マンガン0.5重量%以下、 ニツケル0.5重量%以下及び クロム0.5重量%以下 からなる群から選択された粒子サイズと再結晶時
の粒子成長をコントロールするための成分の少な
くとも1種とを含む宇宙航空機用に使用するのに
適したアルミニウム合金。 2 本質的に アルミニウムベースと リチウム2.0〜2.8重量%と マグネシウム0.4〜1.0重量%と 銅1.0〜1.5重量%と ジルコニウム0.08〜0.2重量%とからなる特許
請求の範囲第1項に記載の合金。 3 本質的に アルミニウムベースと リチウム2.0〜2.8重量%と マグネシウム0.4〜1.0重量%と 銅1.0〜1.5重量%と ジルコニウム0.1〜0.15重量%とからなる特許
請求の範囲第1項又は第2項に記載の合金。
[Claims] 1. Consisting essentially of an aluminum base, 2.0 to 2.8% by weight of lithium, 0.4 to 1.0% by weight of magnesium, and 1.0 to 1.5% by weight of copper, further comprising 0.2% by weight or less of zirconium, 0.5% by weight or less of manganese, Suitable for use in spacecraft, comprising a particle size selected from the group consisting of 0.5% by weight or less of nickel and 0.5% by weight or less of chromium, and at least one component for controlling particle growth during recrystallization. Aluminum alloy. 2. An alloy according to claim 1, consisting essentially of an aluminum base and 2.0-2.8% by weight of lithium, 0.4-1.0% by weight of magnesium, 1.0-1.5% by weight of copper and 0.08-0.2% by weight of zirconium. 3. Claims 1 or 2 consisting essentially of an aluminum base, 2.0-2.8% by weight of lithium, 0.4-1.0% by weight of magnesium, 1.0-1.5% by weight of copper, and 0.1-0.15% by weight of zirconium. alloy.
JP3016783A 1982-02-26 1983-02-24 Aluminum alloy Granted JPS58157942A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8205746 1982-02-26
GB8205746 1982-02-26
GB8209010 1982-03-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58157942A JPS58157942A (en) 1983-09-20
JPS6256942B2 true JPS6256942B2 (en) 1987-11-27

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