JPS59501828A - 改良アルミニウム合金 - Google Patents

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】 改良アルミニウム合金 本発明は、改良された性質と減少した密度とを有しかつ宇宙航空用機体に使用す るのに特に適したアルミニウム合金に関するものである。

リチ、ウムをアルミニウム合金へ添加すれば、その密度を減少させると共にその 弾性率をも増大させて、比剛性が顕著に改善することが知られている。さらに、 ０〜５００℃の温度範囲でリチウムのアルミニウムに対する固溶性を急速に増大 させれば、沈澱硬化しやすい合金系が得られ、規程かの現存する市販アルミニウ ム合金に匹敵する強度レイルが達成される。

現在まで、リチウム含有合金の明らかな利点は、これまで開発された実際の合金 組成物に固有の難点により相殺されていた。

僅か２種のリチウム含有合金のみが宇宙航空分野において有意義に使用されてい る。これらは、組成Ａｌ−４，５Ｃｕ−１，１Ｌｉ　−０，５Ｍｎ　−０，２Ｃ ｄ　（組成に関し、ここに示した数値および以下に示す数値は全て重量％である ）を有するアメリカ合金Ｘ２０２０、およびフリツｂｅ　＋）アンダー等により 英国特許第１１７２７３６号明細書に記載されかつＡ１４〜７１’Ｗ−１，５〜 ２．６Ｌｉ−０，２〜１．０Ｍｎ−０゜５〜０．３　Ｚｒ　（ＭｎおよびＺｎの いずれか一方または双方が存在する）を含有するロシア合金０１４２０である。

・Ｘ２０２０に対して１．１％のリチウムを添加すると密度は３％減少し、かつ この合金は極めて高い強度を示すが、その破砕靭性レイルは極めて低く、高応妊 で有効に使用することは望めない。さらに、生成操作の際の延性に関する問題も 見出された。

ロシア合金０１４２０は通常の合金よりも良好な比弾性率を有するが、その比強 度レベルは一般に使用されている２０００シリーズ型のアルミニウム合金に匹敵 する種度で、したがって限られた剛性範囲での用途においてのみ重量節約を達成 することができる。

上記の両合金は、１９５０年代および１９６０年代に開発されたものである。

これら合金から幾年間の研究はアルミニウムーリチウム−マグネシウム系に集中 した。所要の強度しばルにおいて充分な破砕靭性を得る際、同様な問題がここで も遭遇した。

技術新聞に公表された極く最近の合金は、組成１！　−２Ｍｇ−１，５Ｃｕ−３ Ｌｉ−０，１８Ｚｒを有する。この合金は高い強度と靭性とを有するが、破砕靭 性は多くの宇宙航空機に使用するにはまだ相当に低いものである。たとえば、鋳 造またはその後の圧延の際のインゴットの亀裂など溶質含量が１いために伴なう 問題を解決するため、この分野における多くの研究者はその注意を粉末冶金技術 に向けた。これらの技術は鋳造法の問題の幾つかを解決するが、それ自身多くの 固有の欠点を有し、したがって１つの技術の問題が他の技術の問題に転嫁された に過ぎない。粉末合金技術には残留多孔度の除去、酸化物による粉末粒子の汚染 、製造しうる材料の寸法に対する笑用的制約、および避けがたい高コストの問題 がある。

さらに、アルミニウムーリチウム−マグネシウム−銅系において行なった研究で は、溶質含量を減少させかつより希釈されたレイルで組成を最適化することによ り、破砕靭性を含め許容しつる諸性質を均衡させることができることが知見され た。この研究については、本出願と同時出願の英国特許出願第８３０４９２３号 明細書に記載されている。

続継研究では、アルミニウムーリチウム系をベースとするが別の追加合金元素を 含有する他の有用な合金も製造することができることが知見された。

本発明によれば、アルミニウムをば−スとする合金は重量％で表わして次の組成 を有する： リチウム　２．０〜３．０ マグネシウム　θ〜４．０ 亜鉛　０．４〜ｉ）−〇 銅　Ｏ〜２．０ ジルコニウム　θ〜０．２ マンガン　０〜０．５ ニツケル　０〜０．５ クロム　０〜０．４ アルミニウム　残部 亜鉛の添加により、延性を顕著に減少させることなく性質を改良することが判明 した。亜鉛の添加は、主として沈澱硬化によりかつ成る程度は固溶体の硬化によ ゆ機械的諸性質を改善せしめる。したがって、延性と破砕靭性とが許容レベルま で維持されるよう、他の合金元素の添加は必らずしもその最高レイルで行なわれ ない。リチウム、マグネシウムおよび銅の元素は全て固溶体強度および沈澱硬化 により合金特性を改善させる。この結果、最高レイルにてこれら元素を添加した 合金は、大きい硬さとそれに応じて低い延性および破砕靭性とを、充分に溶解処 理された形態においても有する。

任意所定のリチウムレばルにおいて、上記した範囲の上限に近い量の亜鉛および 銅を添加した合金は、より希釈された（　ｄｉｌｕｔｅ　）合金よりも密度低下 が少なく、破砕靭性および延性も低下するであろう。したがって、上記の範囲内 に主要合金元素の好適な組成範囲が存在し、この範囲内において２．５３〜ｚ、 ｓｃＢ／−の密度範囲と許容しうる性質のノＺランスとを有する合金を製造する ことができる。好適組成範囲は重量％として２．３〜乙６のリチウムと１〜２の マグネシウムと０．５〜１の銅と２〜３の亜鉛と残部のアルミニウムとである。

マグネシウムと亜鉛との間で生成される沈澱硬化相はＭ　ｇ　Ｚ　ｎ２すなわち 亜鉛と結合したマグネシウムであって、約１：５の重量比の沈澱物を形成するが 、成る程度のマグネシウムが主として珪素からなる不純物と結合し、マグネシウ ム添加は一般ｌこ約１：４のマグネシウム対亜鉛の重量比まで増大される。しめ ユしながら、合金に対し銅をも添加してさらに強度を増大させる場合、好ましく はマグネシウムを添加して最大限に沈澱を生ぜしめることができる。したがって 、銅の存在下でのマグネシウム添加は約１：４のマグネシウム対亜鉛の重量比よ りも多し）であろう。勿論、マグネシウムをこれらの比よりも過剰ζこ添カロし て、固溶体の強度を高めることもできるであろう。

７１Ｊシリコニウム、マンガン、ニッケルおよびクロムを使用して、機械加工の 後の熱処理に際し再結晶化を調節し、した力Ｓつて粒度を調節する。好ましくは 、これらの元素の全部を同時には添加しない。ジルコニウムの添加は、性質に対 し最も有利な影響を与えることが判明した。ジルコニウム含有合金における強度 および延性の改善は、ジルコニウムの使用により生ずる粒度の減少に直接関係す る。好適なジルコニウム添加しくルは０．１５重量％である。強度の利点はこれ ら元素の飛程かを併用添加して達成されうろことが判明した。０．０７％のＺｒ と０．２％のＭｎとの添加が、成る場合には有利であることが判明した。

本発明の合金により、広範囲の沈澱熱処理温度が可能であることが判明した。実 用的時間内において、約１５０℃という比較的低温度で良好な性質が得られる。

本発明による合金の例を下記第１表に示す。

下記第■表は、第１表の合金に対する溶液および沈澱熱処理並びに引張り特性、 密度およびヤング率を示している。

第■表 第１表に示した実施例の合金は全て慣用の水冷鋳造法（ｗａｔｅｒ）ｏｌｅｄ　 ｃｈｉｌｌ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　）により製造した。鋳造ラメー タは、使用する合金と装置との両者に適するよう選択だ。塩化リチウムをイース とする融剤を更用して、溶融段階おけるリチウム損失を最少にした。鋳造インゴ ットに対し拡加熱処理を用い、その際典型的な温度は４９０℃とした。冷在廷を 行ないうる寸法まで圧延または押出ししてインゴット熱時加工し、次いで熱処理 しかつこのように作成されたシーから試験試料を作成した。

上記実施例は、シート状に製造される材料に特定されている。

かしながら、本発明の合金は板拠押出し品、鍛造品および鋳品の形態の材料の製 造にも適している。

本発明の合金を強度、破砕靭性および重量の要求が極めて厳・である宇宙航空機 用途につき説明したが、これら合金はたと、ば地上および海上の乗物におけるよ うに軽重量が必要とされ、他の用途にも使用することができる。

補正書の翻訳文提出書（％許法第１８４条の７第１項）１、特許出願の表示　Ｐ ＣＴ／ＧＢ　８３１００２２９２、発明の名称　改良アルミニウム合金３、特許 出願人 名称　イギリス国 代表者　マンスフイールド、ニドワード・ジョン国籍　イギリス国 ４、代　理　人 住　所　東京都新宿区新宿１丁目１番１４号　山田ビル５　補正書の提出年月日 　１９８４年２月１７日補正請求の範囲 １９８４年２月１７日（１７，０２゜８４）に国際事務局に受理された。； 原請求の範囲１は、補正され、請求の範囲２乃至１１は、変重量％で表わして下 記の範囲の組成： リチウム　２．０〜３．０ マグネシウム　０．５〜４．０ 亜鉛　２．０〜５．０ 銅　Ｏ〜２．０ ジルコニウム　θ〜０．２ マンガン　θ〜０．５ ニッケル　Ｏ〜０．５ クロム　０〜０．４ アルミニウム　残　部 を有するアルミニウム合金。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１重量％で表わして下記の範囲の組成：リチウム　２．０〜３゜０ マグネシウム　Ｏ〜４．０ 亜鉛　０．４〜５．０ 銅　Ｏ〜２．０ ジルコニウム　θ〜０．２ マンガン　０〜０．５ ニツケル　０〜０．５ クロム　θ〜０．４ アルミニウム　残　部 を有するアルミニウム合金。 ２、重量％で表わして下記の範囲の合金組成：リチウム　２．３〜２．６ マグネシウム　１．０〜２．０ 亜鉛　２．０〜３．０ 銅　０．５〜１．０ ジルコニウム　Ｏ〜０．２ マグネシウム　′Ｏ〜０．５ ニッケル　θ　〜０．５ クロム　θ〜０．４ アルミニウム　残　部 を有する清水の範囲第１項記載のアルミ・ニウム合金。 ３、インビット冶金法により製造された請求の範囲第１項または第２項記載のア ルミニウム合金。 ４、重量％で表わして下記の組成： リチウム　２．２ マグネシウム　１．１３ 亜鉛　５．０ ジルコニウム　０．１９ を有するアルミニウム合金。 ５、重量％で表わして下記の組成： リチウム　２．３ マグネシウム　１．０４ 亜鉛　４．８５ 銅　０．９６ ジルコニウム　０．１７ を有するアルミニウム合金。 ６、重量％で表わして下記の組成： リチウム　２−２ マグネシウム　４．０３ 亜鉛　４．２２ ジルコニウム　０．２０ を有するアルミニウム合金。 ７、・重量％で表わして下記の組成： リチウム　２．４ マグネシウム　３．８２ 亜鉛　３．９７ 鋼　０．９６ ジルコニウム　０．１８ を有するアルミニウム合金。 ８、重量％で表わして下記の組成： リチウム　２．６５ マグネシウム　０．５８ 亜鉛　２．２１ ジルコニウム　０．１２ を有するアルミニウム合金。 ９、重量％で表わして下記の組成： リチウム　３．０ マグネシウム　１．ｏ３ 亜ｆＪｉ　２．０３ を有するアルミニウム合金。 １０、請求の範囲第１項または第２項記載のアルミニウム合金から製造された宇 宙航空機用の機体構造体。 １１、請求の範囲第１項または第２項記載のアルミニウム合金を使用した地上ま たは海上の乗物構造体。