JPH0440418B2

JPH0440418B2 -

Info

Publication number: JPH0440418B2
Application number: JP60051547A
Authority: JP
Inventors: Deyubo Buryuuno; Meiyaa Fuiritsupu
Original assignee: SEJUDEYUURU SOC DO TORANSUFUORUMASHION DO RARUMINIOMU PUSHINEI
Current assignee: SEJUDEYUURU SOC DO TORANSUFUORUMASHION DO RARUMINIOMU PUSHINEI
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1992-07-02
Also published as: FR2561261B1; ES541146A0; EP0164294B1; IL74562A0; US4752343A; ES8606516A1; EP0164294A1; JPS60215735A; CA1268643A; BR8501143A; FR2561261A1; JPS63290252A; DE3567677D1; IL74562A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、主にLi、Cu及びMgを含有しかつ高
強度及び高延性を有するAl基合金に係る。リチウム添加により、アルミニウム合金の密度
が減少し、弾性係数及び機械的抵抗が増加するこ
とは冶金業者に既知である。本願発明者は、これ
らの合金、より詳細には他の添加成分として例え
ばマグネシウム又は銅を含有するアルミニウム−
リチウム合金を航空機産業に適用することに関心
を持つた。しかしながら、このような含リチウム
合金は、必然的に従来の航空機用合金、例えば、
合金2024−T4又はT351、2214T6（51）、7175−
T73（51）又はT7652−T651（アルミニウム協会規
格による）少なくとも等しい延性及び靭性、該合
金に機械的抵抗を備えなければならず、既知の含
リチウム合金ではこれに該当しない。最近、冶金業者により低密度で機械的固有抵抗
の大きい銅及びマグネシウム含有型アルミニウム
−リチウム合金の新規組成が提案されており、特
に、公称組成（重量％）がLi＝2.0〜2.8、Cu＝
1.0〜1.5、Mg＝0.4〜１、Zr＝0.2、Mn≦0.5、Ni
≦0.5、Cr≦0.5の合金を請求しているヨーロツパ
特許出願第88511号の実験的合金が挙げられる。
しかしながら、T8状態の薄型薄板及びT651状態
の厚型薄板で得られた抵抗及び延びのレベルは、
今日知られているリチウム含量が1.7％より高い
他のAlLiCu及びAlLiCuMg系合金、即ち、イン
ゴツト冶金法（例えば半連続式鋳造）又は粉末冶
金法によつて得られる製品と同様に、2000〜7000
系の航空機用合金よりも更に劣る。冶金試験の過程で本願発明者は、AlLiCu及び
AlLiMg系合金及びAlLiCuMg系公知合金よりも
機械的抵抗及び延性の関係がよりすぐれたAl−
Li−Mg−Cu（＋Cr、Mn、Zr、Ti）系工業用合
金の新規組成を発見し、実験により確認した。本発明の新規合金の重量組成を以下に示す。 Li：1.7〜2.5％、 Cu：1.5〜3.4％、 Mg：1.2〜2.7％（但し0.5≦Mg／Cu≦0.8）、 Cr0.3％以下、Mn1.0％以下、Zr0.2％以下、
Ti0.1％以下、およびBe0.02％の中から選択され
る少なくとも１種の金属、残部：アルミニウム。なお、不可避不純物として含まれるFeは0.20％
以下、Siは0.12％以下であり、他の不純物は各々
0.05％以下、全体では0.15％以下である。好ましくは、Mgが1.2〜2.2％、Cuが1.7〜3.0％
であり、Cu値は２〜2.7％が特に好ましい。Zr含
量は好ましくは、0.10〜0.18％である。鉄及びケ
イ素含量は好ましくは、それぞれ0.10及び0.06％
未満である。 Mn、Cr及びTiは、Zrと同じ役割を果すためZr
の代替とすることができる結晶粒度調節用添加剤
として知られている。こういう効果は、Al合金
冶金業者の間では広く知られている。たとえば、
Van Horn編、“Aluminum”（1967年）第164頁
参照。Beに関しては、密度を低下させるために
Al合金に添加され、Mgと同じ役割を果すことが
知られており（Van Horn、supra、第168頁参
照）、さらに、Mgが存在する場合Beを添加する
と製造時の溶融金属浴の大気による酸化が防止さ
れる。（Van Horn、supra、第187頁参照）。合成成分のうち、Cu、Li、Mgが上限を越える
と機械的強度特性の弾性限界、破断荷重が不充分
となり、逆にLiとMgが少な過ぎると密度が大き
くなり過ぎる。Cu＞3.4％だと合金は点食に局部
腐食または粒間腐食を受け易くなる。Li＞2.5％
だと鋳造が困難になり（クラツク発生）、合金は
熱間加工時に脆性になり過ぎる。Mg＞2.7％では
機械的強度／延性のバランスがくずれる。Mg／
Cuの比は、転位により剪断困難な硬化相
Al₂CuMgを沈殿させるために0.5〜0.8とする。こ
うすると、塑性すべり変形が粒間帯に集中するの
が避けられる。また、FeとSiは通常のAl合金中に存在する不
可避不純物であつて（Van Horn Aluminum
p.2参照）、良好な靭性（破断靭性）を維持するた
めに前記上限以内にする。さらに、Mn＞１％、
Cr＞0.3％、Zr＞0.2％、Ti＞0.1％となると合金
構造中にこの合金を脆くする金属間粗大粒子が群
となつて生じ、Be＞0.02％となると合金はひど
い粒間脆性を示すようになる。本発明においては、最良の機械的抵抗、延性の
関係を得るために、更に以下の関係式：％Li（％Cu＋２）＋％Mg＝Ｋ（8.5≦Ｋ≦11.5、
好ましくは９≦Ｋ≦11）を保つ。本発明の合金は、焼入れ後の顕微鏡写真式、又
は電子あるいはイオン微量分析試験（SIMS）時
に検出可能なAl−Cu（Li、Mg）相の金属化合物
が好ましくはAlに完全に溶解するか又は5μｍ未
満の寸法を有するに十分な時間の間、少なくとも
θ＝535〜５（％Mg）のオーダの温度θ（℃）範
囲で鋳造品を均質化処理し、加工された製品を溶
体化処理した後に、最適レベルの抵抗及び延性を
有する。均質化は、θ＋10（℃）乃至θ−20（℃）
の温度範囲で実施され得、溶体化は好ましくはθ
±10℃で実施される。Ｋ＞11.5では合金の延性が不充分であり、Ｋ＜
8.5では合金の機械的抵抗が不充分であることが
確認された。温度θにおける最適均質化熱処理時間は、急速
固化（噴霧化、スプラツト式冷却又は他の全手
段）により賦形された合金の場合、0.5〜８時間、
半連続鋳造による成形又は賦形製品の場合、12〜
72時間である。該合金は、温度170乃至220℃（好ましくは180
乃至200℃）で８〜48時間焼戻し後に最適の機械
的特性を有しており、好ましくは適当な形状（薄
板、バー、シートバー）の製品を焼入れと焼戻し
との間で１〜５％（好ましくは２〜４％）塑性変
形するように冷延し、その結果、延性を低下する
ことなく製品の機械的特性を更に改良することが
できる。従つて、本発明の合金は公知の合金
AlLiMgMn01420（Al−５％Mg−２％Li−0.6％
Mn）よりも機械的抵抗及び延性がすぐれてお
り、既知のAlLiCuMg合金（マグネシウム含量が
小さい）よりも機械的抵抗と延性との関係がすぐ
れている。更に、本発明の合金は薄層腐蝕に対す
る抵抗がすぐれている。従つて、該合金は、成形又は加工（半連続鋳
造、噴霧化又はスプラツト式冷却による）された
製品、例えば引抜、圧延、鍛造又は型鍛造製品の
製造に特に有利である。本発明は、添付図面及び以下の実施例により更
によく理解されよう。実施例１第１表(a)に従つてφ200mmのビレツトを半連続
式に鋳造した。特に指示がない限り、使用された
鋳造物のFe及びSi含量はそれぞれ0.04％及び0.03
％未満である。この含量は、従来合金（Ｃ、Ｄ）、
既知の含リチウム合金（Ｅ）、本発明（Ａ、Ｆ）
又は本発明の範囲外（Ｂ）の合金に対応する。該
ビレツトを均質化し、φ100×13mmのシートバー
状に引抜いた。次に第１表(b)の条件でシートバー
を溶体化、水焼入れ及び焼戻しした。長手方向及
び長手横断方向で得られた機械的引張特性の結果
を、方向（L.T.）のフエラシテ（破断靭性）値
（KIc係数）と共に第１表(c)に示した。なお、表
中Rpは降伏強さ、Rmは最大引張強さ、Ａは伸び
を表わし、MPa√は破断靭性の単位でメガパ
スカル（MPa）×メートル（ｍ）の平方根であ
る。

【表】

【表】＊長手方向引張、横断方向亀裂伝播
本発明の合金（Ａ及びＦ）の伸び及び靭性は、
弾性限度が等しい既知の含Li合金（Ｅ）よりもす
ぐれていた。又、合金Ａ及びＦで得られた機械的
引張特性は、従来の合金に近かつた。実施例２第２表(a)に示した化学的組成を有するφ200mm
のビレツトを半連続式に鋳造し、均質化後、引抜
及び型鍛造により第１図の形状の精密金型状に表
形した。該金型は、２個の長手方向縁部と１個の
横断方向縁部とを有する489×70×３mmの寸法に
長方形平坦底部１と、該底部に垂直であり高さ40
〜60mm及び厚さ３〜５mmの３個の縁部２とから構
成されており、長手方向縁部は厚さ1.5mmの３個
のセパレーター３により分離されている。第２表
(b)は熱処理の条件を示し、第２表(c)は長手方向及
び長手横断方向に得られた機械的特性の結果を示
している。

【表】

【表】本実施例の結果、本発明の合金（Ａ及びＦ）の
精密金型（焼入れ及び焼戻し間の冷延を伴わな
い）は、同種の製品に一般に使用されている高密
度の7175（Ｈ）合金に少なくとも等しいレベルの
機械的抵抗及び延性を示した。実施例３本発明においてMg／Cuの比がいかに重大であ
るかを立証するために、本発明合金の組成範囲に
は入るがMg／Cuの比が本発明で規定する範囲外
の合金を試作して、本発明の合金ＡおよびＦと比
較検討した。すなわち、2.3％Li、２％Cu、18％
Mg、残部Al＋不可避不純物から成る合金
（Mg／Cu＝0.9）を530℃で24時間均質化し、熱
間押出し、530℃で24時間溶体化処理し、冷水で
焼入れし、２％の引張変形を与え、190℃で48時
間時効化処理した。この合金を、本発明の合金Ａ
およびＦと同じ試験にかけて引張特性を検査し
た。本発明の合金ＡおよびＦと比較合金の化学組
成、熱処理条件および機械的引張特性の試験結果
を下記第３表にまとめて示す。また、第２図に前
記合金について得られた特性値を示す。

【表】

【表】上記第３表と第２図から明らかなように、強度
特性（Rp0.2およびRm）は比較合金の方が本発
明の合金より多少高いが、延性（伸びＡ％）は長
手方向（図中にはＬと表示）も横断方向（図中で
はLTと表示）も本発明の合金ＡおよびＦの方が
ずつとよくなつており、また破壊靭性KIc値も本
発明の方が優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２で使用した型鍛造部品の斜視
図である。第２図は実施例３で使用した合金の特
性を示す。１……底部、２……縁部、３……セパレータ
ー。

Claims

【特許請求の範囲】１ Liが1.7〜2.5重量％、Cuが1.5〜3.4重量％、
Mgが1.2〜2.7重量％（ただし、0.5≦Mg／Cu≦
0.8）、ならびに0.3重量％以下のCr、1.0重量％以
下のMn、0.2重量％以下のZr、0.1重量％以下の
Tiおよび0.02重量％以下のBeの中から選択され
た金属が少なくとも１種、さらに不純物としての
FeおよびSiがそれぞれ0.20重量％以下および0.12
重量％以下であり、残部がアルミニウムであつ
て、％Li（％Cu＋２）＋％Mg＝Ｋとして8.5≦Ｋ
≦11.5であることを特徴とする構造用高強度延性
Al基合金。２ 1.7〜３重量％のCuを含有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の合金。３２〜2.7重量％のCuを含有することを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の合金。４ 1.2〜2.2重量％のMgを含有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
に記載の合金。５９≦Ｋ≦11であることを特徴とする特許請求
の範囲第４項に記載の合金。