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EP1017867B1 - Legierung auf aluminiumbasis und verfahren zu ihrer wärmebehandlung - Google Patents

Legierung auf aluminiumbasis und verfahren zu ihrer wärmebehandlung Download PDF

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Publication number
EP1017867B1
EP1017867B1 EP98952615.7A EP98952615A EP1017867B1 EP 1017867 B1 EP1017867 B1 EP 1017867B1 EP 98952615 A EP98952615 A EP 98952615A EP 1017867 B1 EP1017867 B1 EP 1017867B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stage
carried out
hours
alloy
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98952615.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1017867A1 (de
Inventor
Thomas PFANNENMÜLLER
Erwin Loechelt
Peter-Jürgen WINKLER
Sergej Mikhajlovich Mozharovskij
Dmitrij Sergejevich Galkin
Elena Glebovna Tolchennikova
Vladimir Mikhajlovich Chertovikov
Valentin Georgijevich Davydov
Evgenij Nikolajevich Kablov
Larisa Bagratovna Khokhlatova
Nikolay Ivanovich Kolobnev
Iosif Naumovich Fridlyander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU97116302A external-priority patent/RU2126456C1/ru
Priority claimed from RU98104394A external-priority patent/RU2133295C1/ru
Application filed by EADS Deutschland GmbH, All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP1017867A1 publication Critical patent/EP1017867A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1017867B1 publication Critical patent/EP1017867B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to an aluminum-based alloy, preferably of the system Al-Li-Mg, which contains lithium, magnesium, zinc, zirconium and manganese and is in the field of metallurgy of alloys used as a material for constructions in aerospace engineering, in shipbuilding and mechanical engineering of terrestrial means of transport, including welded constructions.
  • the alloy according to the international patent application WO No. 92/03583 has the following chemical composition in percentage by mass: aluminum Base lithium 0.5 - 3.0 magnesium 0.5-10.0 zinc 0.1 - 5.0 silver 0.1 - 2.0
  • the alloy may contain up to 1.0% zirconium.
  • This alloy has a strength of 476 - 497 MPa, a yield strength of 368 - 455 MPa, a relative elongation of 7 - 9% and a density of 2.46 - 2.63 g / cm 3 .
  • the alloy is recommended as a structural material for aerospace products.
  • the disadvantages of this alloy are as follows:
  • the alloy is alloyed with silver, which increases product costs - from semi-finished products to finished products.
  • High zinc content alloys and added copper have reduced corrosion resistance, while in fusion welding they show an increased tendency to form defects and significant softening.
  • a comparable alloy for the entire field of application is from the U.S. Patent No. 4,636,357 known.
  • This alloy has the following chemical composition in percent by mass: aluminum Base lithium 2.0 - 3.0 magnesium 0.5 - 4.0 zinc 2.0 - 5.0 copper 0 - 2.0 zirconium 0 - 0.2 manganese 0 - 0.5 nickel 0 - 0.5 chrome 0 - 0.4
  • This alloy has a sufficiently high strength level 440 - 550 MPa and a yield strength of 350 - 410 MPa.
  • the disadvantages of this alloy are the low level of relative elongation of the alloy (1.0-7.0%) and the low fracture toughness, insufficient corrosion resistance and limited strength of welded joints compared to the strength of the base material.
  • the object of the present invention is to achieve an increase in the ductility of the alloy in the heat-treated state while maintaining high strength and ensuring high corrosion resistance and good weldability, with sufficiently high fracture toughness and thermal stability values after heating at 85 ° C should be guaranteed in the course of 1000 h.
  • a method for improving the fracture toughness of an aluminum-lithium alloy is out US 4840682 and US 5076859 known.
  • WO 96/18752 A1 describes a method of heat treating an aluminum-lithium alloy.
  • an alloy of the system AI-li-Mg having the following chemical composition in percent by mass: lithium 1.5 - 1.9 magnesium 4.1 - 6.0 zinc 0.1 - 1.5 zirconium 0.05 - 0.3 manganese 0.01-0.8 hydrogen 0.9x10 -5 -4.5x10 -5 and at least one element selected from the following group: beryllium 0.001-0.2 yttrium 0.01 - 0.5 scandium 0.01 - 0.3 aluminum rest
  • the hydrogen content causes a reduction in the longitudinal shrinkage during solidification to form solid finely divided particles of lithium hydride and avoids the formation of porosity in the material.
  • the magnesium content ensures the necessary level of strength properties and weldability. When the magnesium content falls below 4.1%, it will reduce the strength and grow the tendency of the alloy to hot cracking during both casting and welding. Increasing the magnesium content of the alloy above 6.0% reduces machinability in casting, hot and cold rolling, and plasticity characteristics of finished semi-finished products and articles thereof.
  • the necessary level of mechanical and corrosion properties and sufficient fracture toughness and weldability, compliance with the lithium content is essential.
  • the lithium content was lowered below 1.5%, the density of the alloy increased, the level of the strength properties and the modulus of elasticity decreased, and when the lithium content exceeded 1.9%, workability by cold working, weldability, plasticity characteristics and fracture toughness deteriorated.
  • Zirconium in the amount of 0.05-0.3% is a modifier in the casting of ingots and, together with the manganese (in the amount of 0.01-0.8%), ensures structural solidification in the semi-finished products as a result of the formation a polygonal or fine-grained structure.
  • the formation of a homogeneous fine-grained microstructure in semifinished products made of the alloy according to the invention causes an increase in deformability during cold rolling.
  • the invention relates to a method for the heat treatment of aluminum-based alloys, preferably of the system Al-Li-Mg.
  • the object of such a heat treatment process is to increase the ductility of the alloy while maintaining its high strength and at the same time to achieve high values of corrosion resistance and fracture toughness, but in particular the Preservation of these properties upon exposure of the material to increased temperature over a long period of time.
  • this method does not ensure the stability of the properties of lithium-containing aluminum alloys after low temperature heating at 85 ° C over 1000 hours, which simulates solar heating during long-term operation of aircraft. After heating to 85 ° C for 1000 h, the relative elongation and fracture toughness of lithium-containing alloys treated by this method are reduced by 25-30%.
  • this invention can also be carried out in such a way that cooling takes place at a cooling rate of 2 to 8 ° C. per hour for 10 to 30 hours.
  • inventive alloys having the feature of claim 1 have particularly advantageous properties in the sense of the task, if they were treated by the aforementioned method.
  • the first stage of artificial aging takes place at a temperature of 80-90 ° C over 3 - 12 h and a second stage at 110 - 185 ° C over 10 - 48 h.
  • a second stage of artificial aging can be carried out at a temperature of 110 to 125 ° C and a duration of 5 to 12 hours, these method parameters are preferably applied when the third aging stage is carried out according to claim 3.
  • billets of 70 mm diameter were cast.
  • the metal was melted in the resistance furnace.
  • After homogenization (500 ° C, 10 h) strips were pressed from the billets with a cross section of 15 x 65 mm.
  • the ingots were heated to a temperature of 380-450 ° C before being pressed.
  • Rolled blocks from the strips were heated to 360 - 420 ° C and hot rolled to 4 mm thick sheets, which then up to 2.2 mm Thickness have been cold rolled.
  • the cold-rolled sheets were quenched from a temperature of 400-500 ° C in water or air, with a degree of deformation up to 2%, and subjected to the heat treatments listed in Tab.
  • Alloys Nos. 3-10 are materials according to the invention Process for heat treatment of the investigated alloys Alloy no.
  • Heat treatment no. Heat treatment method 3, 5, 9 3 80 ° C, 4 h + 185 ° C, 10 h + 110 ° C, 8 h 8.10 4 90 ° C, 3 h + 110 ° C, 48 h + 90 ° C, 14 h 4, 7 5 85 ° C, 5 h + 145 ° C, 25 h + 110 ° C, 10 h 6 6 85 ° C, 12 h + 120 ° C, 12 h + 90 ° C, 12 h Properties of the investigated alloys Alloy no Heat treatment no.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Aluminiumbasis, vorzugsweise des Systems AI-Li-Mg, welche Lithium, Magnesium, Zink, Zirkonium und Mangan enthält und liegt auf dem Gebiet der Metallurgie von Legierungen, welche als Werkstoff für Konstruktionen in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Schiffbau und im Maschinenbau von erdgebundenen Transportmitteln, einschließlich Schweißkonstruktionen, verwendet werden.
  • Bekannt sind Legierungen des Systems Al-Li-Mg, welche eine verringerte Dichte und eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweisen, jedoch eine geringe Verformbarkeit und verringerte Bruchzähigkeit haben. Die Legierung nach der US-Patentschrift Nr. 4,584,173 vom 22.04.86 hat beispielsweise folgende chemische Zusammensetzung, in Masseprozent:
    Aluminium Basis
    Lithium 2,1 - 2,9
    Magnesium 3,0 - 5,5
    Kupfer 0,2 - 0,7
    und eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe, die Zirkonium, Hafnium und Niob enthält:
    Zirkonium 0,05 - 0,25
    Hafnium 0,10 - 0,50
    Niob 0,05 - 0,30
    und
    Zink 0 - 2,0
    Titan 0 - 0,5
    Mangan 0 - 0,5
    Nickel 0 - 0,5
    Chrom 0 - 0,5
    Germanium 0 - 0,2
    Wenn diese Legierung bei einer Temperatur von 530°C abgeschreckt wird und danach einem Reckrichten mit einem Verformungsgrad von 2% und einem künstlichen Altern bei 190°C im Verlauf von 4 - 16 h unterzogen wird, tritt der Nachteil auf, daß die Legierung geringe Plastizität im wärmebehandelten Zustand (relative Dehnung 3,1 - 4,5 %) und geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist.
  • Die Legierung nach der internationalen Patentanmeldung WO Nr. 92/03583 hat folgende chemische Zusammensetzung in Masseprozent:
    Aluminium Basis
    Lithium 0,5 - 3,0
    Magnesium 0,5 - 10,0
    Zink 0,1 - 5,0
    Silber 0,1 - 2,0
  • Bei einem Gesamtgehalt dieser Elemente von maximal 12% und, wenn ihr Gesamtgehalt 7,0 - 10,0 % beträgt, darf Lithium 2,5%, und Zink 2,0% nicht übersteigen; außerdem kann die Legierung bis zu 1,0% Zirkonium enthalten.
  • Diese Legierung weist eine Festigkeit von 476 - 497 MPa, eine Streckgrenze von 368 - 455 MPa, eine relative Dehnung von 7 - 9% und eine Dichte von 2,46 - 2,63 g/cm3 auf. Die Legierung wird als Strukturwerkstoff für Erzeugnisse in Luft- und Raumfahrt empfohlen. Die Nachteile dieser Legierung bestehen in Folgendem:
  • Die hohe Festigkeit kann gewährleistet werden:
    • durch einen hohen Lithiumgehalt, doch dabei verringert sich die Verformbarkeit und die Bruchzähigkeit der Legierung, ihre Bearbeitungsfähigkeit durch Kaltverformen, es entstehen Schwierigkeiten bei der Herstellung dünner Bleche, welche für Fluggeräte gebraucht werden;
    • durch einen hohen Zinkgehalt; dadurch steigt die Dichte der Legierung auf Werte von 2,60 - 2,63 g/cm3, was den Gewichtseinsparungseffekt des Erzeugnisses wesentlich verringert;
    • durch Recken des abgeschreckten Werkstoffes vor einer künstlichen Alterung mit einem Verformungsgrad von 5 - 6%, was zu einer Minderung der Kennwerte für die Bruchzähigkeit führt.
  • Die Legierung ist mit Silber legiert, was die Produktkosten - von den Halbzeugen bis hin zu fertigen Erzeugnissen - erhöht.
  • Legierungen mit hohem Zinkgehalt und hinzugefügtem Kupfer weisen eine verminderte Korrosionsbeständigkeit auf, beim Schmelzschweißen zeigen sie eine erhöhte Neigung zur Bildung von Defekten und eine deutliche Entfestigung.
  • Eine vergleichbare Legierung für das gesamte Anwendungsgebiet ist aus der US-Patent Nr. 4,636,357 bekannt. Diese Legierung hat folgende chemische Zusammensetzung in Masseprozent:
    Aluminium Basis
    Lithium 2,0 - 3,0
    Magnesium 0,5 - 4,0
    Zink 2,0 - 5,0
    Kupfer 0 - 2,0
    Zirkonium 0 - 0,2
    Mangan 0 - 0,5
    Nickel 0 - 0,5
    Chrom 0 - 0,4
  • Die Legierungverfestigung erfolgt durch eine Wärmebehandlung:
    • Abschrecken von einer Temperatur von 460°C, Recken mit einem Reckgrad von 0 - 3% und eine zweistufige Wärmebehandlung:
    • Die 1. Stufe bei 90°C, 16 h und die 2. Stufe bei 150°C, 24 h.
  • Diese Legierung weist ein ausreichend hohes Festigkeitsniveau 440 - 550 MPa und eine Streckgrenze von 350 - 410 MPa auf.
  • Die Nachteile dieser Legierung sind das niedrige Niveau der relativen Dehnung der Legierung (1,0 - 7,0%) und die geringe Bruchzähigkeit, unzureichende Korrosionsfestigkeit und die eingeschränkte Festigkeit von Schweißverbindungen im Vergleich zur Festigkeit des Grundmaterials.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Erhöhung der Duktilität der Legierung im wärmebehandelten Zustand unter Beibehaltung einer hohen Festigkeit und Gewährleistung einer hohen Korrosionsbeständigkeit und guten Schweißbarkeit zu erzielen, wobei ausreichend hohe Kennwerte für die Bruchzähigkeit und die thermische Stabilität nach Erwärmung bei 85 °C im Laufe von 1000 h gewährleistet sein sollen.
  • Ein Verfahren zur Verbesserung der Bruchzähigkeit einer Aluminium-Lithium-Legierung ist aus US 4840682 und US 5076859 bekannt. WO 96/18752 A1 beschreibt ein Verfahren der Wärmebehandlung einer Aluminium-Lithium-Legierung.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einer Legierung des Systems AI-li-Mg mit folgender chemischer Zusammensetzung in Masseprozent:
    Lithium 1,5 - 1,9
    Magnesium 4,1 - 6,0
    Zink 0,1 - 1,5
    Zirkonium 0,05 - 0,3
    Mangan 0,01-0,8
    Wasserstoff 0,9 x 10-5-4,5 x 10-5
    und zumindest einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element:
    Beryllium 0,001 - 0,2
    Yttrium 0,01 - 0,5
    Scandium 0,01 - 0,3
    Aluminium Rest
  • Durch den Wasserstoffgehalt wird unter Bildung von festen feinverteilten Teilchen aus Lithiumhydrid eine Verringerung der Längsschwindung bei der Erstarrung bewirkt und die Bildung von Porosistät im Material vermieden.
  • Der Magnesiumgehalt gewährleistet das notwendige Niveau an Festigkeitseigenschaften und die Schweißbarkeit. Bei Verringerung des Magnesiumsgehalts unter 4,1 % wird sich die Festigkeit vermindern und die Neigung der Legierung zu Heißrissen sowohl beim Gießen als auch beim Schweißen wachsen. Bei Vergrößerung des Magnesiumgehalts der Legierung über 6,0 % vermindern sich die Bearbeitungsfähigkeit beim Gießen, Warm- und Kaltwalzen sowie die Plastizitätskennwerte von fertigen Halbzeugen und Erzeugnissen daraus.
  • Zur Gewährung der notwendigen Bearbeitbarkeit, insbesondere bei der Herstellung dünner Bleche, des notwendigen Niveaus von mechanischen sowie Korrosionseigenschaften und ausreichender Bruchzähigkeit sowie Schweißbarkeit ist die Einhaltung des Lithiumgehalts wesentlich. Bei Verringerung des Lithiumgehalts unter 1,5 % vergrößerte sich die Dichte der Legierung, verminderte sich das Niveau der Festigkeitseigenschaften und der Elastizitätsmodul, bei einem Lithiumgehalt über 1,9 % verschlechterte sich die Bearbeitbarkeit mittels Kaltverformung, die Schweißbarkeit, die Plastizitätskennwerte und die Bruchzähigkeit.
  • Zirkonium in der Menge von 0,05 - 0,3 % ist ein Modifikator beim Gießen von Barren und gewährleistet gemeinsam mit dem Mangan (in der Menge von 0,01 - 0,8 %) eine strukturelle Verfestigung in den Halbzeugen in Folge der Bildung eines polygonisierten oder feinkörnigen Gefüges.
  • Insbesondere durch das Hinzufügen eines oder mehrerer der Elemente Beryllium, Yttrium, Scandium wird die Ausbildung eines homogenen feinkörnigen Gefüges in Halbzeugen aus der erfindungsgemäßen Legierung eine Erhöhung der Verformbarkeit beim Kaltwalzen bewirkt.
  • Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Legierungen auf Aluminiumbasis, vorzugsweise des Systems Al-Li-Mg.
  • Aufgabe eines solchen Wärmebehandlungsverfahrens ist es, die Duktilität der Legierung unter Beibehaltung ihrer hohen Festigkeit anzuheben und gleichzeitig hohe Kennwerte für Korrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit zu erreichen, insbesondere aber die Bewahrung dieser Eigenschaften bei Aussetzung des Materials einer erhöhten Termperatur über lange Zeitdauer.
  • Aus der US-Patentschrift Nr. 4,861,391 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung bekannt, welches ein Abschrecken mit schneller Abkühlung, Richten und zweistufiges Altern wie folgt aufweist:
    • Die 1. Stufe bei einer Temperatur nicht über 93°C, von einigen Stunden bis zu einigen Monaten; vorzugsweise, 66 - 85°C, mindestens 24 h.
    • Die 2. Stufe bei einer Temperatur von maximal 219 °C, von 30 Minuten bis zu einigen Stunden; vorzugsweise, 154 - 199°C, maximal 8 h.
  • Während die Festigkeitskennwerte und die Bruchzähigkeit erhöht werden, gewährleistet dieses Verfahren nicht die Stabilität der Eigenschaften von lithiumhaltigen Aluminiumlegierungen nach Niedrigtemperaturerwärmung bei 85 °C im Laufe von 1000 h, welche die Erwärmung durch die Sonne bei langdauerndem Betrieb von Fluggeräten simuliert. Nach Erwärmung auf 85°C über 1000 h verringern sich die relative Dehnung und die Bruchzähigkeit von nach dieser Methode behandelten lithiumhaltigen Legierungen um 25 - 30%.
  • Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe die Verfahrensschritte
    • Erhitzen des Materials auf eine Temperatur von 400 bis 500 °C
    • Abschrecken in Wasser oder Luft - Richten mit einem Verformungsgrad bis zu 2 % und
    • künstliches Altern, wobei das künstliche Altern in 3 Stufen erfolgt, wovon die dritte Alterungsstufe bei 90 bis 110°C im Verlauf von 8 bis 14 h, stattfindet.
  • Alternativ zur Durchführung der dritten Alterungsstufe bei einer konstanten Temperatur kann diese erfindungsgemäß auch in der Weise durchgeführt werden, daß ein Abkühlen mit einer Abkühlrate von 2 bis 8°C pro Stunde für 10 bis 30 h erfolgt.
  • Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäße Legierungen mit dem Merkmal des Patentanspruches 1 besonders vorteilhafte Eigenschaften im Sinne der Aufgabenstellung aufweisen, wenn sie nach dem vorgenannten Verfahren behandelt wurden.
  • Diese Verfahren zur Wärmebehandlung gewährleisten infolge der Anwendung einer dritten Alterungsstufe die thermische Stabilität der Legierungen nach langer Niedrigtemperatur-Auslagerung aufgrund der zusätzlichen Ausscheidung der dispersen Phase δ'-(Al3Li), welche gleichmäßig im Matrixvolumen verteilt ist. Das große Volumen der feinverteilten δ'-Phase reduziert die Li-Übersättigung des Mischkristalls und verhindert die δ'-Ausscheidung während der Auslagerung bei 85°C, 1000 h.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 erfolgt die erste Stufe der künstlichen Alterung bei einer Temperatur von 80 - 90°C im Verlauf von 3 - 12 h und eine zweite Stufe bei 110 - 185°C im Verlauf von 10 - 48 h.
  • Durch das Einhalten dieser Grenzen werden besonders günstige Voraussetzungen für die Durchführung des künstlichen Alterns geschaffen und die Ergebnisse im Sinne der Aufgabenstellung mit großer Sicherheit erhalten.
  • Schließlich kann alternativ eine zweite Stufe der künstlichen Alterung bei einer Temperatur von 110 bis 125°C und einer Dauer von 5 bis 12 h erfolgen, wobei diese Verfahrensparameter vorzugsweise anzuwenden sind, wenn die dritte Alterungsstufe entsprechend Patentanspruch 3 durchgeführt wird.
    • Ausführungsbeispiele:
  • Von den Legierungen, deren chemische Zusammensetzung in Tab. 1 aufgeführt wird, wurden Barren von 70 mm Durchmesser gegossen. Das Metall wurde im Widerstandsofen erschmolzen. Nach der Homogenisierung (500 °C, 10 h) wurden aus den Barren Streifen mit einem Querschnitt von 15 x 65 mm gepreßt. Die Barren wurden vor dem Pressen auf eine Temperatur von 380 - 450 °C erwärmt. Walzblöcke aus den Streifen wurden auf 360 - 420 °C erwärmt und zu 4 mm dicken Blechen warmgewalzt, die dann bis auf 2,2 mm Dicke kaltgewalzt worden sind. Die kaltgewalzten Bleche wurden von einer Temperatur von 400 - 500 °C in Wasser oder an der Luft abgeschreckt, mit einem Verformungsgrad bis zu 2 % gerichtet und den in Tab. 2 aufgeführten Wärmebehandlungen unterzogen. Die Eigenschaften des Grundmaterials und der Schweißverbindungen wurden an Proben bestimmt, die aus diesen Blechen herausgeschnitten worden sind. (vergl. Tabelle 3) Tabelle
    Chemische Zusammensetzungen der untersuchten Kompositionen
    Legierung Nr. Li Mg Zn Zr Mn Hx 105 Be Y Sc Cr Cu Ni
    1 2,2 1,2 5,0 - - - - - - 0,4 - -
    2 2,4 3,8 3,9 0,18 0,50 - - - - - 0,96 0,2
    3 1,5 6,0 0,1 0,15 0,60 0,9 0,2 - - 0,12 - -
    4 1,9 5,2 0,8 0,10 0,01 4,5 0,001 - 0,01 - - -
    5 1,7 4,1 1,5 0,30 0,05 2,5 - 0,25 - - - -
    6 1,6 5,2 0,6 0,05 0,80 2,5 - 0,01 - 0,15 - -
    7 1,85 4,8 0,5 0,09 0,20 3,5 - 0,50 - 0,50 - -
    8 1,55 4,2 0,1 0,05 0,10 2,5 - - 0,30 - - -
    9 1,9 4,7 0,1 0,15 0,35 2,5 0,1 - - 0,01 - -
    10 1,5 4,3 0, 3 0,1 0,40 3,5 0,1 - - - - -
    Anmerkung: Die Legierungen Nr. 1 und 2 sind Vergleichsmaterialien
    Die Legierungen Nr. 3 - 10 sind erfindungsgemäße Materialien
    Tabelle 2
    Verfahren zur Wärmebehandlung der untersuchten Legierungen
    Legierung Nr. Wärmebehandlung Nr. Wärmebehandlungsverfahren
    3, 5, 9 3 80°C, 4 h + 185°C, 10 h + 110°C, 8 h
    8,10 4 90°C, 3 h + 110°C, 48 h + 90°C, 14 h
    4, 7 5 85°C, 5 h + 145°C, 25 h + 110°C, 10 h
    6 6 85°C, 12 h + 120°C, 12 h + 90°C, 12 h
    Tabelle 3
    Eigenschaften der untersuchten Legierungen
    Legierung Nr Wärmebehandlung Nr. σB, MPa σ0.2, MPa δ, % KCO, MPa√m (wo = 200 mm)
    Vor Auslagerung bei 85 ° C, 1000 h Nach Auslagerung bei 85 ° C, 1000 h
    1 1 460 345 3,5 59,5 46,0
    2 2 470 355 2,5 58,7 44,8
    3 3 475 358 9,0 69,5 67,0
    4, 7 5 473 347 8,0 68,3 66,8
    5 3 458 345 8,5 67,8 66,7
    6 6 450 338 10, 0 68,0 67,8
    8, 10 4 452 340 9,5 66,8 65,9
    9 3 460 345 9,0 65,5 63,3
    Anmerkungen: Legierungen und Verfahren 1 und 2 sind Vergleichsmaterialien aus einem 2-stufigen Wärmebehandlungsverfahren.
    Legierungen und Verfahren Nr. 3 - 10 entsprechen der Erfindung.

Claims (5)

  1. Legierung auf Aluminiumbasis, welche Lithium, Magnesium, Zink, Zirkonium und Mangan enthält, gekennzeichnet dadurch, dass die Legierung zusätzlich Wasserstoff und zumindest ein Element aus der Beryllium, Yttrium, Scandium einschließenden Gruppe enthält bei folgendem Verhältnis der Komponenten in Masseprozent: Lithium 1,5 - 1,9 Magnesium 4,1 - 6,0 Zink 0,1 - 1,5 Zirkonium 0,05 - 0,3 Mangan 0,01 - 0,8 Wasserstoff 0,9 x 10-5 - 4,5 x 10-5
    zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Element: Beryllium 0,001 - 0,2 Yttrium 0,01 - 0,5 Scandium 0,01 - 0,3 Aluminium Rest
  2. Verfahren zur Wärmebehandlung von Legierungen auf Aluminiumbasis mit Lithiumbestandteilen gemäß Anspruch 1, mit den Verfahrensschritten
    - Erhitzen des Materials auf eine Temperatur von 400 - 500 °C
    - Abschrecken in Wasser oder Luft
    - Richten mit einem Verformungsgrad bis zu 2 % und
    - künstliches Altern,
    dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche Altern in drei Stufen erfolgt, wobei die zweite Stufe bei einer höheren Temperatur erfolgt als die erste Stufe, wovon die dritte Alterungsstufe bei 90 bis 110 °C im Verlauf von 8 bis 14 h stattfindet.
  3. Verfahren zur Wärmebehandlung von Legierungen auf Aluminiumbasis gemäß Anspruch 1, mit den Verfahrensschritten:
    - Erhitzen des Materials auf eine Temperatur von 400 bis 500 °C
    - Abschrecken in Wasser oder Luft
    - Richten mit einem Verformungsgrad bis zu 2 % und
    - künstliches Altern,
    dadurch gekennzeichnet, dass das künstliche Altern in drei Stufen erfolgt, wovon die dritte Alterungsstufe ein Abkühlen mit einer Abkühlrate von 2 bis 8 °C pro Stunde für 10 bis 30 h umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe der künstlichen Alterung bei einer Tempeatur von 80 - 90 °C im Verlauf von 3 - 12 h und eine zweite Stufe bei 110 -185 °C im Verlauf von 10 - 48 h erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe der künstlichen Alterung bei einer Temperatur von 80 - 90 °C im Verlauf von 3 - 12 h und eine zweite Stufe bei 110 - 125 °C im Verlauf von 5 -12 h erfolgt.
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