DE69412808T2

DE69412808T2 - Erhöhung der mechanischen eigenschaften von aluminium-lithium-legierungen

Info

Publication number: DE69412808T2
Application number: DE69412808T
Authority: DE
Inventors: Alex Richmond Va 23233 Cho
Original assignee: Reynolds Metals Co
Current assignee: McCook Metals LLC
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: DE69412808D1; EP0694085A4; CA2157377A1; JP3540316B2; JPH08509266A; EP0694085B1; WO1994020646A1; US5383986A; EP0694085A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung ist auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines Knetproduktes aus einer Aluminium-Lithium-Legierung dadurch gerichtet, daß das lösungsgeglühte Knetprodukt vor der Aushärtung einer Folge von mehrfachen Streckstufen unterworfen wird.

Stand der Technik

In vielen Industriezweigen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie besteht einer der wirkungsvollen Wege zur Reduzierung des Gewichts eines Flugzeugs darin, die Dichte der Aluminiumlegierung zu verringern, aus der das Flugzeug gebaut ist. In der Technik ist es bekannt, daß die Dichte von Aluminiumlegierungen durch Zusatz von Lithium verringert werden kann. In Legierungen auf Aluminiumbasis verursacht Lithium jedoch andere Probleme. Beispielsweise kann der Zusatz von Lithium zu Aluminiumlegierungen zu einer Abnahme der Duktilität und Bruchzähigkeit führen. Für die Verwendung als Flugzeugstrukturteile ist es offensichtlich zwingend erforderlich, daß die jeweilige Legierung ausgezeichnete Bruchzähigkeits- und Festigkeitseigenschaften hat.
Bei der Aluminum Association sind verschiedene Aluminium-Lithium-Legierungen registriert. Zum Beispiel enthalten die 1990 registrierten Legierungen AAX2094 und AAX2095 die Legierungselemente Kupfer, Magnesium, Zirconium, Silber, Lithium und unvermeidbare Verunreinigungen.
Das am 16. Juli 1991 erteilte USA-Patent 5 032 359 von Pickens u. a. offenbart eine verbesserte Aluminium-Kupfer- Lithium-Magnesium-Silber-Legierung, die hohe Festigkeit, hohe Duktilität, niedrige Dichte und gute Schweißbarkeit aufweist und gut auf natürliche Alterung anspricht. Typischerweise bestehen diese Legierungen aus 2,0-9,8 Gew.-% eines Legierungselementes, das Kupfer, Magnesium oder deren Mischung mit wenigstens 0,01 Gew.-% Magnesium, ca. 0,01-2,0 Gew.-% Silber, 0,05-4,1 Gew.-% Lithium und weniger als 1,0 Gew.-% eines kornverfeinernden Zusatzes, der Zirconium, Chrom, Mangan, Titan, Bor, Hafnium, Vanadium, Titandiborid oder deren Mischung sein kann.
Eine andere Legierung nach dem Stand der Technik zur Anwendung in der Flugzeugbauindustrie ist in dem USA-Patent 4 648 913 von Hunt Jr. u. a. offenbart. In diesem Patent ist eine Legierung auf Aluminiumbasis beschrieben, die 0,5-4,0 Gew.-% Lithium, 0-5,0 Gew.-% Magnesium, bis zu 5,0 Gew.-% Kupfer, 0-1,0 Gew.-% Zirconium, 0-2,0 Gew.-% Mangan, 0-7,0 Gew.-% Zink, maximal 0,5 Gew.-% Eisen und im Maximum 0,5 Gew.-% Silicium enthält, wobei der Rest Aluminium und zufällige Verunreinigungen sind. Zur Verbesserung der Festigkeits- und Zähigkeitskriterien wird diese Legierung Wärmebehandlungs- und Bearbeitungsschritten unterworfen. Die Wärmebehandlungs- und Bearbeitungsschritte nach Hunt Jr. u. a. entsprechen der mit T8 bezeichneten Temperung, die Fachleuten wohlbekannt ist und eine Lösungsglühbehandlung umfaßt, der eine Kalthärtung und danach eine künstliche Alterung folgen. Damit verwandte Patente schließen die USA- Patente 4 797 165 und 4 897 126 von Bretz u. a. und das USA- Patent 4 961 792 von Rioja u. a. ein.
Trotz der Jahre von Entwicklungsbemühungen sind diese neu in den Handel gekommenen Aluminium-Lithium-Legierungen nur für relativ wenige kommerzielle Anwendungen ausgewählt worden. Einer der Gründe für den so begrenzten kommerziellen Erfolg dieser Produkte aus Aluminium-Lithium-Legierungen liegt darin, daß Aluminium-Lithium-Legierungen in Form von Knetprodukten dazu tendieren, eine sehr starke Struktur auszubilden, welche die mechanischen Eigenschaften des Knetproduktes in Querrichtung nachteilhaft beeinflußt. Diese Einschränkungen in den mechanischen Eigenschaften verhindern oft den Einsatz von Aluminium-Lithium-Legierungen in vollem Umfang bei kommerziellen Anwendungen für Flugzeugstrukturen.
Während unzureichende mechanische Eigenschaften wie die Duktilität in Querrichtung von Aluminium-Lithium-Knetprodukten für alle Arten von Knetprodukten typisch sind, treten die geringe Querduktilität und/oder -festigkeit bei Aluminium-Lithium-Extrudaten besonders hervor. Diese Mängel an Duktilität und/oder Festigkeit sind in Extrusionsprodukten mit axialsymmetrischem Querschnitt besonders ausgeprägt.
In dem vorerwähnten '913-Patent von Hunt Jr. u. a. und den verwandten USA-Patenten 4 790 884 von Young u. a. und 4 861 391 von Rioja u. a. sind Lösungsglühen, Streck- und Alterungsschritte zur Verbesserung verschiedener mechanischer Eigenschaften von Aluminium-Lithium-Legierungen offenbart. Nach dem Hunt Jr.-Patent wird das lösungsgeglühte und abgeschreckte Produkt einer einzigen Streckstufe unterworfen, wobei die Streckung um einen Betrag über 3% erfolgt oder die Wirkung der Bearbeitung einer Streckung von mehr als 3% gleichwertig ist. Diese Art von T8-Temperpraktiken ist jedoch insofern mangelhaft, als sie nicht zu annehmbaren mechanischen Eigenschaften in der Querrichtung führt. Wie weiter unten aufgezeigt wird, sind bei dieser Art üblicher Praktiken unannehmbare Werte für die Duktilität und Festigkeit offensichtlich. Es entsteht daher die Notwendigkeit zur Entwicklung verbesserter Bearbeitungstechniken zur Erzielung hoher Festigkeit und Duktilität von Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierungen, damit ihre Anwendung für Strukturteile von Flugzeugen erleichtert wird.
Als Reaktion auf diese Notwendigkeit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verfügung, bei dem die mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Lithium-Legierungen in Querrichtung dadurch verbessert werden, daß zwischen das Lösungsglühen und Aushärten eine Mehrzahl von Streckschritten eingeschaltet werden. In dem vorstehend erläuterten Stand der Technik wird weder gelehrt noch deutlich vorgeschlagen, die mechanischen Eigenschaften dieser Art von Legierungen in Querrichtung dadurch zu verbessern, daß die übliche Praxis der T8-Temperung in dieser Weise abgeändert wird.
Das vorstehend diskutierte Patent von Rioja u. a. lehrt ein zweistufiges Aushärtungsverfahren für Aluminium-Lithium-Legierungen. Einem oder beiden Aushärtungsschritten kann ein Streckschritt im Umfang von 1 bis 8% vorangehen.
In dem vorerwähnten Patent von Young u. a. wird ein Verfahren zur Herstellung eines flachgewalzten Produktes aus einer Aluminium-Lithium-Legierung offenbart, das ohne die Ausbildung von Lüdersbanden gestreckt werden kann. Bei diesem Verfahren wird das flachgewalzte Produkt vor der Streckung vorgehärtet. Wahlweise kann nach dem Lösungsglühen und vor der thermischen Vorhärtungsbehandlung eine kontrollierte Kaltbearbeitung eingesetzt werden.
Keines der Patente von Young u. a. oder Rioja u. a. lehrt oder schlägt deutlich vor, die mechanischen Eigenschaften von Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierungen in Querrichtung durch die Anwendung einer Folge von mehrfachen Streckschritten zwischen den Schritten des Lösungsglühens und Abschreckens und des Aushärtens des Knetproduktes auf ein vorbestimmtes Festigkeitsniveau zu verbessern.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in Querrichtung eines Aluminium-Lithium-Knetproduktes anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Festigkeit und Duktilität in Querrichtung für Extrudate aus Aluminium-Lithium-Legierungen, insbesondere für Extrudate von unterschiedlichem und axialsymmetrischem Querschnitt verbessert wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Knetprodukt aus einer Aluminium-Lithium-Legierung bereitzustellen, das verbesserte Duktilität und Zug- und Streckgrenzen dadurch zeigt, daß ein lösungsgeglühtes und abgeschrecktes Knetprodukt vor der Aushärtung einer Folge mehrfacher Streckschritte unterworfen wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus ihrer nachfolgenden Beschreibung. In Erfüllung der vorstehenden Aufgaben und Vorteile umfaßt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierung, welche die Schritte des Lösungsglühens, Kalthärtens und Aushärtens enthalten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Festigkeit und Duktilität in Querrichtung bei einem lösungsgeglühten und abgeschreckten Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung dadurch verbessert, daß das lösungsgeglühte und abgeschreckte Produkt in einem Reduzierungsumfang von 1% bis 20% in einer Mehrzahl von Streckschritten gestreckt wird. Das gestreckte Produkt wird dann derart bis zu einem vorgegebenen Festigkeitgrad ausgehärtet, daß das Endprodukt erhöhte Festigkeit und Duktilität in Querrichtung hat.
In einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Streckschritten mit gleichem Reduzierungsumfang in % durchgeführt. Beispielsweise können vier Streckschritte mit jeweils 1,5% Reduzierung verwendet werden, um eine Gesamtreduzierung um 6% für ein bestimmtes Knetprodukt zu erhalten.
In einer anderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens sind wenigstens zwei der Vielzahl von Streckschritten hinsichtlich des Umfangs der Reduzierung verschieden. Bei dieser Ausführungsart wird beispielsweise ein Streckschritt mit einer Reduzierung von 3,5% durchgeführt, während ein zweiter Schritt eine Reduzierung von 2,5% zur Erzielung eines Gesamtumfangs der Kaltbearbeitung von 6% ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahrens führt auch zu einem Aluminium-Lithium-Knetprodukt mit verbesserter Duktilität und verbesserten Festigkeitsgraden in Querrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auf Aluminium- Lithium-Knetprodukte wie Extrudate mit komplexen oder axialsymmetrischen Querschnitten gerichtet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es wird nun auf die die Anmeldung begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, worin:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Aluminium- Lithium-Knetproduktes ist, das nach einer ersten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet wurde;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines 120º-sektorförmigen Aluminium-Lithium-Extrudats ist, das nach einer zweiten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet wurde;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Kanalextrudates einer Aluminium-Lithium-Legierung ist, das nach einer dritten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet wurde; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, in der die Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Verfahren nach dem Stand der Technik verglichen und die Zugdehnung zur Zugspannungsgrenze in Beziehung gesetzt wird.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet Mängel in Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierungen, insbesondere Extrudaten, die geringe Duktilitäts- und Festigkeitsgrade in Querrichtung haben. Wenn Aluminium-Lithium-Knetprodukte der üblichen T8-Temperpraxis ausgesetzt werden, wird nur begrenzter Nutzen hinsichtlich einer Zunahme der Festigkeit und Duktilität in Querrichtung erzielt. Diese geringe Duk tilität und Festigkeit in Querrichtung verhindert die volle Ausnutzung dieser Arten von Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierungen bei ihrer kommerziellen Anwendung für z. B. Strukturteile von Flugzeugen.
Die vorliegende Erfindung erzeugt ein Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung mit verbesserter Duktilität und Festigkeit in Querrichtung. Diese Verbesserung der Festigkeit und Duktilität führt zu einer Verringerung des Unterschieds zwischen den Festigkeits- und Dehnungswerten in Längs- und Querrichtung der Legierungs-Knetprodukte. Daher haben Knetprodukte aus Aluminium-Lithium-Legierungen, die nach der vorliegenden Erfindung bearbeitet wurden, höhere Zug- und Streckgrenzen durch die gesamte Dicke des Knetproduktes hindurch wie auch in unterschiedlichen Richtungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für extrudierte Produkte besonders geeignet und insbesondere für extrudierte Produkte mit axialsymmetrischem Querschnitt oder Querschnitten mit niedrigem Längen- und Seitenverhältnis. Bei diesen Arten von Knetprodukten ist die geringe Querduktilität und/oder -festigkeit noch stärker ausgeprägt. Wenn diese Arten von extrudierten Produkten dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden, treten Verbesserungen der Festigkeit und Duktilität ein, die nicht erreicht werden können, wenn konventionelle Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Duktilität angewendet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Knetprodukte aus Aluminium- Lithium-Legierungen sind daher für kommerzielle Anwendungen attraktiver, weil die minimale Designfestigkeit und Designdehnung wirksam erhöht worden sind.
Im weitesten Sinne stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung gegenüber der üblichen T8-Temperpraxis dar. In der üblichen Praxis wird das Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung lösungsgeglüht, abgeschreckt, kalt gehärtet und ausgehärtet, um den gewünschten Festigkeitsgrad zu erreichen. Die Kalthärtungsschritte nach dem Stand der Technik enthalten einen einzigen Streck- und Entlastungsschritt mit einer Reduzierung im Umfang von 1-14%. Als Verbesserung gegenüber der üblichen Praxis wurde gefunden, daß die Kalthärtung des Knetproduktes aus Aluminium-Lithium-Legierung in einer Vielzahl von Streckschritten zwischen dem Schritt des Lösungsglühens und Abschreckens und dem der Aushärtung die Festigkeit und Duktilität in Querrichtung verbessert. Der Gesamtumfang der Kaltbearbeitung in der Folge vielfacher Streckschritte führt zu Reduzierungen im Bereich von 1 bis 20%. Ein stärker bevorzugter Gesamtumfang der Kaltbearbeitung führt zu einer Reduzierung im Bereich von 2 bis 19%. Am meisten bevorzugt ist ein Gesamtumfang der Kaltbearbeitung mit einer Reduzierung im Bereich von 3 bis 10%.
Bei einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung vielfachen Streckschritten unterworfen werden, wobei in jedem Streckschritt der gleiche Umfang der Kaltbearbeitung durchgeführt wird. Beispielsweise kann das Kaltbearbeitungsziel einer Reduzierung um 6% in zwei Streckschritten von jeweils 3% erreicht werden.
Bei einer anderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Kaltbearbeitung in den vielfachen Streckschritten um ungleiche Beträge erfolgen, um das gewünschte Kaltbearbeitungsziel zu erreichen. Beispielsweise kann ein Kaltbearbeitungsziel von 8% auf drei Schritte aufgeteilt werden, wobei ein Schritt eine Reduzierung von 4% und zwei Schritte jeweils eine solche von 2% ergeben. Alternativ kann ein Kaltbearbeitungsziel von 5% auf zwei Schritte aufgeteilt werden, wobei ein Schritt eine Reduzierung von 2% und der andere Schritt eine solche von 3% ergibt.
Es wird angenommen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Produkte aus Aluminium-Lithium-Legierungen anwendbar ist, die bei der Behandlung nach der T8-Temperpraxis gewünschte Festigkeitswerte erreichen. Beispielsweise können ternäre Legierungen wie solche aus Aluminium, Lithium und Kupfer oder Magnesium der erfindungsgemäßen Bearbeitung ausgesetzt werden. Andere, komplexere Legierungen wie eine Aluminium-Lithium-Kupfer-Magnesium-Legierung mit oder ohne zusätzliche Legierungselemente wie Zirconium, Silber und/oder Zink können auch nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Diese Arten von Legierungen würden auch Verunreinigungselemente wie Eisen, Silicium und andere unvermeidbare Verunreinigungen einschließen, wie sie in Aluminium-Lithium-Legierungen gefunden werden.
Stärker bevorzugte Legierungen sind die Aluminium- Lithium-Legierungen, die Kupfer, Magnesium und Zirconium als Hauptlegierungsbestandteile enthalten. Ein für diese Klasse von Legierungen typisches Beispiel ist die in der Aluminum Association registrierte AAX2094-Legierung. Typischerweise enthält diese Legierung 4,4-5,2% Kupfer, maximal 0,10% Mangan, 0,25-0,6% Magnesium, maximal 0,25% Zink, 0,04-0,18% Zirconium, 0,25-0,6% Silber, 0,8-1,5% Lithium und einen Rest, der aus Eisen, Silicium, unvermeidbaren Verunreinigungen und Aluminium besteht. Natürlich stellt diese Legierung ein Beispiel für die verschiedenen Arten von Aluminium-Lithium-Legierungen dar, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind. Andere bevorzugte Legierungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Herstellung der Knetprodukte aus Aluminium-Lithium-Legierung zur Bearbeitung nach der verbesserten T8-Temperpraxis ist in der Technik wohlbekannt. Das heißt, daß die Legierung als Block oder Knüppel bereitgestellt werden kann, der als Grundkörper für die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge vorbearbeitet oder vorgeformt sein kann. Vor dem Hauptbearbeitungsvorgang wird der Legierungsgrundkörper vorzugsweise von Spannungen entlastet, gesägt und homogenisiert. Die Homogenisierung kann bei Temperaturen im Bereich von 900-1060ºF über eine ausreichende Zeit durchgeführt werden, um lösliche Elemente aufzulösen und die innere Struktur des Metalls zu homogenisieren. Eine bevorzugte Homogenisierungszeit beträgt 1-30 Stunden, wobei auch längere Zeiten ohne nachteilige Wirkungen auf das Produkt zur Anwendung kommen können. Es wird ebenfalls angenommen, daß bei der Homogenisierung Dispersoide ausgefällt werden, welche die Kontrolle und Vergütung des endgültigen Gefüges unterstützen. Die Homogenisierung kann entweder bei einer Temperatur oder in mehreren Schritten bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgen.
Nach der Homogenisierung kann das Metall gewalzt, gestreckt, extrudiert oder in anderer Weise bearbeitet werden, um Grundkörper wie Bleche, Platten, ein Extrudat oder andere Grundkörper zu erzeugen, die zur Verformung in das Endprodukt geeignet sind. Extrudierte Grundkörper können extrudierte Rechteckstangen, U-Profilextrudate oder dergleichen sein. Typischerweise wird das Metall nach der Homogenisierung zur Ausbildung des gewünschten Produktes heiß bearbeitet. Zur Extrusion können die allgemein im Stand der Technik bekannten Knüppeltemperaturen, Zylindertemperaturen und Extrusionsgeschwindigkeiten angewendet werden.
Nach dem Bearbeitungsschritt wird das Produkt weniger als eine Stunde bis zu mehreren Stunden bei einer Temperatur von 500ºC(930ºF) bis ca. 554ºC(1030ºF) lösungsgeglüht. Um im Endprodukt erhöhte Festigkeit und Bruchzähigkeit zu erhalten, ist es üblicherweise ebenfalls notwendig, das lösungsgeglühte Produkt rasch abzuschrecken, um eine unkontrollierte Ausfällung der festigkeitserhöhenden Phasen in der Legierung zu verhindern oder zu minimieren. Typischerweise schließt dieser Abschreckungsschritt eine Kaltwasserabschreckung auf eine Metalltemperatur von 93ºC (200ºF) oder weniger ein. In Abhängigkeit von den endgültigen Festigkeitsanforderungen an das Knetprodukt kann auch ein anderes Abschreckmedium eingesetzt werden.
Die Aushärtungszeiten und -temperaturen des erfindungsgemäßen Verfahrens können sich in Abhängigkeit von den gewünschten Festigkeitsgraden in dem Knetendprodukt ändern. Die Temperaturen können im Bereich von ca. 121ºC(250ºF) bis 182ºC(360ºF) liegen. Die Zeitdauer für die Aushärtung kann in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Festigkeitseigenschaften von einer bis zu mehreren hundert Stunden betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt auch ein Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung in Formen, die für weiteres Kaltwalzen oder Strukturteile wie die geeignet sind, die zur Verwendung in Flugzeugen oder in der Raumfahrt dienen. Beispielsweise können Bleche, Platten oder Extrudate unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. Wie nachstehend beschrieben wird, zeigt das Endprodukt erhöhte Festigkeit und Duktilität in Querrichtung.
Das aus dem erfindungsgemäßen Verfahren hervorgegangene Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung zeigt im Vergleich zur üblichen T8-Temperpraxis eine Zunahme von bis zu 100% in der %-Dehnung in Querrichtung. Beispielsweise zeigt eine der üblichen Praxis unterworfene Aluminium- Lithium-Legierung nur eine %-Dehnung von 1% in Querrichtung. Im Gegensatz dazu zeigt ein Knetprodukt aus Aluminium-Lithium-Legierung, das der erfindungsgemäßen Bearbeitung unterworfen wurde, im Durchschnitt eine %-Dehnung in Querrichtung von 2%, also eine Zunahme von 100% gegenüber der üblichen Praxis. In gleicher Weise sind auch die Zugstreckgrenzen von Knetprodukten aus Aluminium-Lithium-Legierung, die dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgesetzt waren, im Vergleich zur üblicheen T8-Temperpraxis erhöht. Die Knetprodukte aus Aluminium-Lithium-Legierung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, bieten daher dem Konstrukteur für die kommerzielle Anwendung einen höhe ren Grenzwert für die Streckgrenze unter Zug und für die % Dehnung.
Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der Erfindung vorgelegt, sind aber nicht als Beschränkung darauf anzusehen. In diesen Beispielen und durchweg durch die Beschreibung stellen die Teile Gewichtsteile dar, wo nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Legierungsauswahl und Guß

Eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung wurde fallend zu einem rechteckigen Block von 406,4 mm Dicke und 1,143 m Breite gegossen. LEGIERUNG I

BEARBEITUNG:

Der Gußblock wurde einschließlich der Spannungsverringerung und Homogenisierung konventionell bearbeitet.
Der homogenisierte Block wurde dann mit einem Zweilochwerkzeug unter üblichen Extrusionsparametern zu Rechteckstangen mit einem Querschnitt von 12,7 mm · 101,6 mm extrudiert. Eine perspektivische Ansicht des Extrudats 10 ist in Fig. 1 dargestellt.
Die extrudierten Rechteckstangen wurden lösungsgeglüht und mit Kaltwasser auf Raumtemperatur auf einen W-Temperzustand abgeschreckt.

Temperverfahren: Kaltbearbeitung und künstliche Aushärtung

Die nachfolgenden Versuche wurden sowohl nach einer üblicheen T8-Temperpraxis als auch nach einer ersten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt, die als Praxis A bezeichnet ist.
Die übliche T8-Temperpraxis hatte zum Inhalt, daß das W-Temperextrudat in einem Schritt um 6% gestreckt, entlastet und 16 Stunden bei 160ºC(320ºF) ausgehärtet wurde.

Die erfindungsgemäße Praxis A ist wie folgt:

1. Strecken des W-Temperextrudats um 1,5% und Entlasten,
2. Strecken um weitere 1,5% und Entlasten,
3. Strecken um weitere 1,5% und Entlasten,
4. Strecken um weitere 1,5% zu einem Gesamtumfang der Streckung von 6% und Entlasten,
5. 16 Stunden bei 160ºC(320ºF) aushärten.

PRÜFUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Zugproben mit einem Durchmesser von 8,89 mm(0,35") wurden in Längsrichtung (L-Richtung) und in Querrichtung (T) in bezug auf die Extrusionsrichtung bearbeitet. Das schematische Diagramm der Probengestaltungen ist in Fig. 1 gezeigt, wobei die Längsproben mit L1 und L2 und die Querproben mit T1 und T2 bezeichnet sind.

PRÜFERGEBNISSE DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Die Ergebnisse der Zugversuche sind in TABELLE I und TABELLE II angeführt. Um die Zuverlässigkeit der Versuchsergebnisse sicherzustellen, wurden die Versuche in L-Richtung wie die in T-Richtung zweifach ausgeführt.
TABELLE I zeigt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats, das nach der üblichen T8-Temperpraxis (6% Strekkung in einem Schritt und 16 Stunden Aushärtung bei 160ºC(320ºF)) bearbeitet wurde. Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in T-Richtung beträgt nur 563,3 MPa(81,7 KSi), und der Durchschnittswert für die Zugduktilität in T- Richtung ist nur 1%. TABELLE II führt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats an, das nach der Erfindung bearbeitet wurde (Praxis A). Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in T-Richtung beträgt 577,8 MPa(83,8 KSi), der um 14,5 MPa(2,1 KSi) höher ist als der des konventionell bearbeiteten Extrudats, und der Durchschnittswert für die Zugduktilität in T-Richtung ist 2%, was das doppelte des konventionell bearbeiteten Extrudats ist. Fig. 4 vergleicht die Ergebnisse von TABELLE I und TABELLE II. Die Praxis A verbessert somit sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität in der Längsquerrichtung. TABELLE I TABELLE II

BEISPIEL 2

Legierungsauswahl und Guß

Eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung wurde fallend zu einem rechteckigen Block von 406,4 mm (16") Dicke und 1,143 m (45") Breite gegossen. LEGIERUNG II

BEARBEITUNG:

Der Gußblock wurde einschließlich der Spannungsverringerung und Homogenisierung konventionell bearbeitet.
Der homogenisierte Block wurde zu einem Knüppel verarbeitet und bei 49ºC(120ºF) unter Verwendung üblicher Extrusionsparameter zu einem scheibenförmigen Extrudat extrudiert. Eine perspektivische Ansicht des Extrudats 20 ist in Fig. 2 dargestellt.
Die extrudierten Stangen wurden dann lösungsgeglüht und mit Kaltwasser auf einen W-Temperzustand abgeschreckt.

TEMPERVERFAHREN: Kaltbearbeitung und künstliche Aushärtung

Die nachfolgenden Versuche wurden sowohl nach der üblichen T8-Temperpraxis als auch nach einer zweiten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt, die als Praxis B bezeichnet ist.
Die übliche T8-Temperpraxis hatte zum Inhalt, daß das W-Temperextrudat in einem Schritt um 6% gestreckt, entlastet und 36 Stunden bei 143ºC(290ºF) ausgehärtet wurde. Die erfindungsgemäße Praxis B ist wie folgt:
1. Strecken des W-Temperextrudats um 3,5% und Entlasten,
2. Strecken um weitere 2,5% und Entlasten, dann
3. 36 Stunden bei 143ºC(290ºF) aushärten.

PRÜFUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Doppelte Zugproben mit einem Durchmesser von 8,89 mm (0,35") wurden in Längsrichtung (L-Richtung) und doppelte Zugproben mit einem Durchmesser von 4,06 mm(0,16") wurden in Querrichtung (T) bearbeitet. Das schematische Diagramm der Probengestaltungen L1, L2, T1 und T2 ist in Fig. 2 gezeigt.

PRÜFERGEBNISSE DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Die Ergebnisse der Zugprüfung von Beispiel 2 sind in TABELLE III und TABELLE IV angeführt. Um die Zuverlässigkeit der Versuchsergebnisse sicherzustellen, wurden die Versuche in L-Richtung wie die in T-Richtung zweifach ausgeführt.
TABELLE III zeigt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats, das nach der üblichen T8-Temperpraxis (6% Strekkung in einem Schritt und 36 Stunden Aushärtung bei 143ºC (290ºF)) bearbeitet wurde. Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in Querrichtung beträgt 550,9 MPa(79,9 KSi), und der Durchschnittswert für die Zugduktilität in Querrichtung ist 2,7%. TABELLE IV stellt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats dar, das nach der Erfindung bearbeitet wurde (Praxis B). Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in Querrichtung beträgt 558,5 MPa(81,0 KSi), der um 7, 6 MPa (1, 1 KSi) höher ist als der des konventionell bearbeiteten Extrudats. Der Durchschnittswert für die Zugduktilität in Querrichtung ist 3,6%, der um 30% höher als der des konventionell bearbeiteten Extrudats ist. Fig. 4 vergleicht die Ergebnisse von TABELLE III und TABELLE IV. Die Praxis B zeigt verbesserte Festigkeit und Duktilität in der Querrichtung. TABELLE III TABELLE IV

BEISPIEL 3

Legierungsauswahl und Guß

Eine Legierung der nachfolgenden Zusammensetzung wurde fallend zu einem rechteckigen Block von 406,4 mm (16") Dicke und 1,143 m (45 ") Breite gegossen. LEGIERUNG III

BEARBEITUNG:

Der Gußblock wurde dann einschließlich der Spannungsverringerung und Homogenisierung konventionell bearbeitet. Der homogenisierte Block wurde für die Extrusion zu einem Knüppel verarbeitet.
Der Knüppel wurde dann unter Verwendung üblicher Extrusionsparameter zu einem Extrudat von U-Profil extrudiert. Eine perspektivische Ansicht des Extrudats 30 ist in Fig. 3 dargestellt.
Das U-Profilextrudat wurde dann lösungsgeglüht und mit Kaltwasser auf einen W-Temperzustand abgeschreckt.

TEMPERVERFAHREN: Kaltbearbeitung und künstliche Aushärtung

Die nachfolgenden Versuche wurden sowohl nach der üblichen T8-Temperpraxis als auch nach einer dritten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt.
Die übliche T8-Temperpraxis hatte zum Inhalt, daß das W-Temperextrudat in einem Schritt um 3,5% gestreckt, entlastet und 36 Stunden bei 160ºC(320ºF) ausgehärtet wurde. Die erfindungsgemäße Praxis C ist wie folgt:
1. Strecken des W-Temperextrudats um 2% und Entlasten,
2. Strecken um weitere 1,5% und Entlasten, dann
3. 36 Stunden bei 160ºC(320ºF) aushärten.

PRÜFUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Doppelte Zugproben mit einer Länge von 25,4 mm (1") und einem Querschnitt von 7, 37 mm (0,29") · 6, 35 mm (0,25") wurden in Längsrichtung (L-Richtung) und doppelte Zugproben mit einer Länge von 25, 4 mm (1") und einem Querschnitt von 7, 37 mm (0,29") · 6, 35 mm (0,25") wurden in Querrichtung (T) bearbeitet. Das schematische Diagramm der Probengestaltungen L1, L2, T1 und T2 ist in Fig. 3 gezeigt.

PRÜFERGEBNISSE DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN

Die Ergebnisse der Zugversuche sind in TABELLE V und TABELLE VI angeführt. Um die Zuverlässigkeit der Versuchsergebnisse sicherzustellen, wurden die Versuche in L-Richtung wie die in T-Richtung zweifach ausgeführt.
TABELLE V zeigt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats, das nach der üblichen T8-Temperpraxis (3,5% Strekkung in einem Schritt und 36 Stunden Aushärtung bei 160ºC (320ºF)) bearbeitet wurde. Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in Querrichtung beträgt 501,2 MPa(72,7 KSi), und der Durchschnittswert für die Zugduktilität in Querrichtung ist 9,0%. TABELLE VI stellt die Ergebnisse der Zugprüfung des Extrudats dar, das nach der Erfindung bearbeitet wurde (Praxis C). Der Durchschnittswert der Zugstreckgrenze in Querrichtung beträgt 503,3 MPa(73,0 KSi), der um 2,1 MPa (0,3 KSi) höher ist als der des konventionell bearbeiteten Extrudats. Der Durchschnittswert für die Zugduktilität in Querrichtung ist 10%, der um 1% höher als der des konventionell bearbeiteten Extrudats ist. Fig. 4 vergleicht die Ergebnisse von TABELLE V und TABELLE VI. Die Praxis C verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität in der Querrichtung. TABELLE V TABELLE VI
Die vorstehend beschriebenen Beispiele zeigen die unerwarteten Verbesserungen in der Festigkeit und Duktilität in Querrichtung von Aluminium-Lithium-Legierungen auf, wenn diese der verbesserten T8-Temperpraxis nach der Erfindung unterworfen werden. Die Unterwerfung dieser Arten von Aluminium-Lithium-Legierungen unter eine Folge mehrfacher Streckschritte zwischen dem Schritt des Lösungsglühens und Abschreckens und dem Schritt des Aushärtens verbessert die Festigkeit wie auch die % Dehnung in Querrichtung, wodurch diese Produkte für den Gebrauch bei Anwendungen in der Raumfahrt- und Flugzeugindustrie besser geeignet gemacht werden.
Eine Erfindung wurde als solche in Form ihrer bevorzugten Ausführungen beschrieben, die jede einzelne und alle Aufgaben der vorliegenden Erfindung erfüllen, wie sie vorhergehend dargelegt wurden, und stellt eine neue und verbesserte T8-Temperpraxis für Knetprodukte aus Aluminium- Lithium-Legierungen zur Verfügung.
Verschiedene Änderungen, Modifikationen und Abänderungen von Lehren nach der vorliegenden Erfindung können von Fachleuten der Technik in Betracht gezogen werden, ohne vom beabsichtigten Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ausdrücke in den anliegenden Ansprüchen begrenzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit in Querrichtung und der Duktilität eines lösungsgeglühten und abgeschreckten Produktes aus einer Aluminium-Lithium- Knetlegierung, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

a) Strecken des lösungsgeglühten und abgeschreckten Produktes aus der Aluminium-Lithium-Knetlegierung in einem Reduzierungsumfang im Bereich von 1% bis 20% in einer Mehrzahl von Streckstufen, und

b) Aushärten des verstreckten Knetlegierungsproduktes unter Zunahme seiner Festigkeit, wobei die Mehrzahl von Streckstufen die Festigkeit und Duktilität des Knetlegierungsproduktes in der Querrichtung erhöht und die Streckvorgänge jeweils vor dem Aushärten erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Mehrzahl von Streckstufen den gleichen Reduzierungsumfang hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Mehrzahl von Streckstufen ungleichen Reduzierungsumfang haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Streckstufen vier Streckstufen umfaßt und jede Streckstufe einen Reduzierungsumfang von 1, 5% hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Streckstufen zwei Streckstufen umfaßt und daß die eine Stufe einen Reduzierungsumfang von 3,5% und die andere Stufe einen Reduzierungsumfang von 2,5% hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Streckstufen zwei Streckstufen umfaßt und daß die eine Stufe einen Reduzierungsumfang von 2% und die andere Stufe einen Reduzierungsumfang von 1,5% hat.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Aluminium-Lithium-Knetlegierung aus der Gruppe von Aluminium-Lithium-Kupfer-Legierungen, Aluminium-Lithium-Magnesium-Legierungen, Aluminium-Lithium-Kupfer-Magnesium-Legierungen, Aluminium-Lithium- Kupfer-Magnesium-Silber-Legierungen, Aluminium-Lithium- Kupfer-Magnesium-Silber-Zink-Legierungen, Aluminium-Lithium-Kupfer-Magnesium-Zink-Legierungen, Aluminium-Lithium-Magnesium-Zink-Legierungen, Aluminium-Magnesium- Lithium-Zink-Mangan-Legierungen und Aluminium-Magnesium-Lithium-Zink-Silber-Mangan-Legierungen ausgewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Aluminium-Lithium-Knetlegierung eine Aluminium-Kupfer-Lithium-Magnesium-Legierung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduzierungsumfang im Bereich von 2 bis 14% beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduzierungsumfang im Bereich von 3 bis 10% beträgt.

11. Produkt aus einer Aluminium-Lithium-Knetlegierung erhalten durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch erhöhte Duktilität und Festigkeit in seiner Querrichtung.

12. Produkt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Extrudat oder Blech oder eine Platte bildet.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Streckstufen eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Streckstufen umfaßt und die Aluminium- Lithium-Legierung Kupfer, Magnesium und Zirconium als Hauptlegierungskomponenten enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Lithium-Legierung Silber als einen Legierungsbestandteil enthält.