JPH0380862B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウムリチウム合金に関する。 〔従来の技術〕 アルミニウムリチウム系に基づく合金は剛性と
重量減に関して利点を与えることが知られてい
る。従来のアルミニウムリチウム合金は例えば
2.1％Liと5.5％Mgを含むAl−Mg−Li系（U.K.特
許第1172736号1969年12月３日）に基づくか粉末
冶金による従来の合金に比較的高レベルのリチウ
ムの添加（例えばK.K.Sankaran、MIT論文1978
年６月）に基づくものであつた。最近では、例え
ばリチウム２〜３％に対して、銅1.0〜2.4％、マ
グネシウム＜1.0％の銅とマグネシムウの添加が
提案された（例えば0.4ないし1.0重量％のマグネ
シウム含有量を開示するU.K.特許出願第
2115836A）。 ６ １％の密度減少に対する現代の要求は、例え
ば2014及び7075の2000及び7000シリーズよりも市
販用に最近開発されたアルミニウムリチウム合金
に対して向けられている。 〔発明が解決しようとする課題〕 Al−Mg−Li系合金は加工が困難で耐力が低
く、破壊靱性が低い点で欠陥があるが良好な耐食
性を有する。今日迄に開発されAl−Li−Cu−Mg
系合金は改良された加工性、強度及び靱性を有す
るが比較的耐食性が低い。 〔問題点を解決するための課題〕 我々は、Al−Li−Cu−Mg系の主要合金元素
（Li、Cu、Mg）の濃度を変えることによつて、
その系内に存在することが知られた加工容易性、
強度及び破壊靱性という特性と、今日迄開発され
たAl−Mg−Liの耐食性とを組合せることが可能
であることを見出した。 本発明は 重量％で リチウム−2.1〜2.9 マグネシウム−3.0〜5.5 銅−0.2〜0.7 の範囲の成分と、 ジルコニウム−0.05〜0.25 ハフニウム−0.10〜0.50 の群から選択された少くとも１種の成分と、 亜鉛−2.0以下 チタン−0.5以下 マンガン−0.5以下 ニツケル−0.5以下 クロム−0.5以下 ゲルマニウム−0.2以下 の群から選択された少なくとも１種の成分と、残
部アルミニウム及び不可避的不純物とからなるこ
とを特徴とする耐応力腐食性アルミニウム基合金
を提供する。 リチウム及びマグネシウムの上記各上限を超え
ると加工性特に圧延等が困難となり、銅の上記上
限を超えると腐食しやすく、ジルコニウム、ハフ
ニウムの上記上限を超えると破壊靱性が劣化す
る。 また上記元素のそれぞれ下限未満では所定の強
度が得られない。 該合金がジルコニウムを含む場合、好ましい範
囲は0.1ないし0.15重量％である。Zn、Ti、Ni、
Mn、Cr呼びGeの任意添加成分は次の理由によつ
て添加する。すなわち、Znは耐応力腐食性を改
良するが、添加量が2.0重量％を超えると密度が
所定値以上に増加するとともに機械的特性が減少
し、二次加工性の困難度が増加する。 Ti、Mnは0.5重量％以下添加するが、この値を
超えると結晶粒が粗大になり機械的特性が減少す
る。Ni、Crも0.5重量％以下添加するが、この値
を超えると機械的特性が減少する。Geは0.2重量
％以下添加するが、この値を超えると機械的特性
と耐応力腐食性が減少する。Al−Mg−Li−Cu系
の合金は通常2.49ｇ／mlの密度を有する。第１表
に中間及び高強度Al−Li−Cu−Mg合金と中間強
度のAl−Mg−Li−Cu合金の計算密度値の比較を
示す。2000及び7000シリーズ合金を中間強度Al
−Mg−Li−Cu合金で置き換えることによつて約
10.5％の重量減が得られると予想される。 〔実施例〕 本発明に係る合金の実施例を以下に示す。第２
表の成分を有する合金ビレツトを、従来のチル鋳
造法を用いながら80mm直径の押出しインゴツトに
鋳造した。該ビレツトを510℃ないし550℃の温度
で約12ないし48時間均質化処理し、次に表面欠陥
を剥離した。次に該ビレツトを460℃に予熱し25
mm直径のバーに押し出した。その押し出しバーを
次に170℃ないし200℃の温度で２ないし20時間ピ
ーク時効の熱処理をし引張り特性、破壊靱性、応
力腐食と腐食特性を測定した。 上記の80mm径の押し出しインゴツトの他に、
250mmの径のビレツトも鋳造した。押し出し前に
ビレツトを均質化し210mmの径に皮削りした。 440℃への予熱に続いてそのビレツトを標準製
造設備を用いて断面100mm×25mmの平バーに押し
出した。 該80mm径インゴツトから作られた合金の引張り
特性を第３表に示す。その0.2％耐力と引張り強
度は従来の2014−T651合金とAl−Li−Cu−Mg
のそれに匹敵しAl−Li−Mg合金系と比較して強
度が25％向上する。短かい横−長さ方向の該合金
の破壊靱性は16〜20MPa／ｍで上記合金に同様
に匹敵する。 こゝで破壊靱性は切欠付き材料に引張応力を与
えてこの応力によつて発生する材料中のぜい性き
裂の拡大に対する材料の抵抗の尺度を表わす。 該210mm径のビレツトから作られた押し出し材
の引張り特性、破壊靭性、腐食及び応力腐食特性
を530℃１時間の溶解処理及び２％ストレツチン
グの後、種々の時効条件で調査した。 この合金の引張り特性を第４表に示す。 この合金の化学成分を第５表に示す。該Al−
Mg−Li−Cu合金の典型的な比耐力（KNｍ／Kg）
をアルミニウムリチウム合金の出初めに引用され
た値と共に第６表に示す。 中間粒腐食、剥離腐食及び応力腐食に対する該
合金の抵抗を今のASTM基準に従つて決定した。
全てのテストにおいて、該合金は中間及び高強度
Al−Li−Cu−Mg合金と比較すると性能において
重要な改良を示した。 ASTMG44−75とASTMG47−79に詳述され
たテスト法による35ｇ／塩化ナトリウム溶液中
で応力腐食テストを実施した。 Al−Mg−Li−Cu合金は新しいAl−Li−Cu−
Mg合金よりも応力腐食割れに対してより大きな
抵抗を示す。もしも銅のレベルが例えば0.2〜0.3
重量％の低範囲に維持されるならば応力腐食性が
改良される。しかしながら、このレベルに銅含有
量を減らすことは約７〜10％の引張り強度の減少
をもたらす。Al−Mg−Li−CuとAl−Li−Cu−
Mg合金の応力腐食寿命の比較を第７表に示す。
これらのデータは約350MPaの応力レベルで粒子
流に対して横方向でのテストに関するものであ
る。 剥離腐食に対する感受性をASTMG34−79に
詳述された方法、“EXCO”テストにより評価し
た。 96時間の露出時間の後、Al−Mg−Li−Cu合金
を、該ピーク時効テンパーでの表層剥離のみを示
すために評価した。これによつて、中間強度の
Al−Li−Cu−Mg合金に対して中間ないしシビア
な割合及び高強度Al−Li−Cu−Mg合金に対して
はシビアないし非常にシビアな割合と比較する。 試験片断面の顕微鏡試験ではAl−Mg−Li−Cu
合金によつて示された腐食攻撃の深さは中間及び
高強度Al−Li−Cu−Mg合金と比較してそれぞれ
30及び60％減少した。 また、前記合金を圧延インゴツトの形に鋳造
し、且つ従来の熱間及び冷間圧延技術により板製
品に加工した。第２表に示した板製品の本発明合
金と、リチウム、マグネシウム及びジルコニウム
の略同等添加の合金で銅を含有しない合金（比較
例１）と、銅を0.9重量％含有する合金（比較例
２）との引張り特性をそれぞれ第３表に示した。 第３表によれば、本発明の材料の機械的特性は
比較例に比べ略同一であつたが、最終歩留を比較
すると本発明の材料は少くとも50％増となるよう
な著るしい加工性の改良を示した。 また、RGL（第２表の実施例と同一成分）と合
金Ａ及びＢの破壊靱性の比較を第８表に示した。
これらのデータはASTME399−83「合金製品の平
面ひずみ破壊靱性標準測定方法」に表示された標
準測定方法を用いて測定された。 この試験を比較的に薄い試料に適応する際に必
要とされる材料幾何学及び数理的法則はN.C.
Parsonsの博士論文（1984.11、サイエンス・イン
ペリアル・カレツジ・金属材料学部・ロンドン）
によつて十分に開示されている。

【表】

【表】

【表】

【表】 本実施例材料は後の第５表に示すP41を用い
た。 (1) 190℃で４時間の不十分な時効テンパー後、
室温で測定された特性 (2) 190℃で16時間のピーク時効テンパー後、室
温で測定された特性 第３表にあるようにTSは引張強度である。 PSは0.2％耐力である。

【表】

【表】 2020合金は2000系合金の１つでCu約4.5％Li約
1.3％を含むAl−Li系合金であり、01420合金はソ
連規格低密度、高剛性合金Al−Mg−Li合金で英
国特許第1172736号に開示されており、Al−Mg
−Li−Cuは本発明合金である。

【表】

【表】 合金Ａ（重量％でLi：2.1％、Mg：3.82％、
Zr：0.15％含有）は強度が低く、また、合金Ｂ
（重量％でLi：2.4％、Mg：3.46％、Cu：0.86％、
Zr：0.15％含有）は破壊靱性が低くかつ耐応力腐
食性も不足している。本発明の実施例RGLは耐
応力腐蝕と十分な強度及び破壊靱性を兼ね備えて
いる。 本発明のAl合金ではリチウム（Li）、マグネシ
ウム（Mg）、及び銅（Cu）をそれぞれ2.4ないし
2.8％；3.8ないし4.2％、0.4％ないし0.6％の範囲
で好ましく含有し、本明細書中の“Al−Li−Mg
−Cu”及び“Al−Mg−Li−Cu”の表記は合金
のそれぞれ成分量の多い順に成分を示したもので
ある。

【特許請求の範囲】

１ 実質的に重量割合でＣ：0.10％以下、Si：1.5
％以下、Mn：2.0％以下、Cr：25.0％から27.0％、
Ni：5.0％から7.5％、Cu：1.5％から3.5％、Ｎ：
0.15％以下、Mo：0.5％以下、そして残余がFe及
び不可避の不純物からなる、高度に耐孔食性のフ
エライト−オーステナイト系二相鋳造ステンレス
鋼合金。 ２ 優れた延性及び耐食性を保持しつつ有害な引
張残留応力を最小とするように非常にゆつくりと
調節冷却された、実質的に重量割合で、Ｃ：0.10
％以下、Si：1.5％以下、Mn：2.0％以下、Cr：
25.0％から27.0％、Ni：5.0％から7.5％、Cu：1.5
％から3.5％、Ｎ：0.15％以下、Mo：0.5％以下、
そして残余がFe及び不可避の不純物からなる、
特許請求の範囲第１項に記載の高度に耐孔食性の
フエライト−オーステナイト系二相鋳造ステンレ
ス鋼合金。 ３ 優れた延性及び耐食性を保持しつつ有害な引

Claims (1)

1. ３ 2.4〜2.6重量％のリチウムを含む特許請求の
   範囲第１項記載の合金。 ４ 3.8〜4.2重量％マグネシウムを含む特許請求
   の範囲第３項記載の合金。 ５ 0.4〜0.6重量％銅を含む特許請求の範囲第４
   項記載の合金。