[發明專利]Nb-W-RE高強耐熱鋁合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910306783.5
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN102021377A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 張中可;車云;陳新孟;門三泉;李祥;胥光酉
• 申請（專利權）人: 貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/12;C22C1/02;C22C1/03;C22C1/06;C22F1/04;C22F1/057
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術領域

本發明涉及一種鋁合金材料及其制備方法，特別涉及一種微合金化元素及稀土元素的鋁合金材料及其制備方法。

背景技術

鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀初才開始工業應用。第二次世界大戰期間，鋁材主要用于制造軍用飛機。戰后，由于軍事工業對鋁材的需求量驟減，鋁工業界便著手開發民用鋁合金，使其應用范圍由航空工業擴展到建筑業、容器包裝業、交通運輸業、電力和電子工業、機械制造業和石油化工等國民經濟各部門，應用到人們的日常生活當中。現在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。

從制造業和鋁合金制品的角度，習慣上把高強度鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類；從制品可用的溫度條件劃分，高強度鋁合金又分為普通鋁合金和高溫(或耐熱)鋁合金。到目前為止，能夠滿足高溫高強需要的，只有Al-Cu系鋁合金，從牌號系列上講，Al-Cu系合金包括鑄造鋁合金和變形鋁合金，而不論鑄造還是變形，都屬于2系鋁合金；而能夠同時滿足鑄造性能好又容易進行變形加工的高溫高強度鋁合金，還沒有見公開報道過。

1、高強度鑄造鋁合金和變形鋁合金

一般鑄造鋁合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4個系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強度最高，但多數在200Mpa～300Mpa之間，高于400Mpa的只有AlCu系的少數幾個牌號，但因采用精鋁基體且加入貴重元素，制造成本很高；AlZn系鑄造合金的耐熱性能很差。因此，一般鑄造鋁合金與變形鋁合金相比因強韌性稍遜使其應用范圍受到較大的限制。許多重要用途如特種重載車負重輪、航空用鋁合金等多采用變形鋁合金，而不是鑄造鋁合金。變形鋁合金通過擠壓、軋制、鍛造等手段減少了缺陷，細化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的強度、優良的韌性以及良好的使用性能。但是，對設備和工裝模具要求高，工序多，因此變形鋁合金生產周期長、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易于生產形狀復雜的零件、可以小批量生產也可以大批量生產等諸多優點。因此，開發出能夠替代部分變形鋁合金的高強韌鑄造鋁合金材料及其鑄造成形工藝，可以達到以鑄代鍛、縮短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理論意義和重大的實際應用價值。

在高強韌鑄造鋁合金的發展過程中，法國于20世紀初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高強韌鑄造鋁合金中它的歷史最久、應用最為廣泛。我國目前沒有與它對應的牌號。

美國鋁協會牌號201.0(1986年)和206.0(1967年)后是在A-U5GT基礎上改造而形成的，具有很好的力學性能和抗應力腐蝕能力。但由于含有0.4％～1.0％的銀，材料成本很高，僅用于軍事或其他要求高的領域，限制了其應用范圍。

在高強韌鑄造鋁合金領域，我國取得了世界矚目的成績。60年代至70年代，北京航空材料研究院研制成功了ZL205A合金。ZL205A合金成分復雜，含有Cu，Mn，Zr，V，Cd，Ti，B等7種合金元素。ZL205A(T6)的抗拉強度為510MPa，是目前已有注冊牌號的鑄造鋁合金材料強度最高的。ZL205A(T5)的強韌性最好，延伸率可達13％。但ZL205A最大的缺陷是鑄造性能差、熱裂傾向性大，同時因配方成本高，應用范圍小。

上述3種高強韌鑄造鋁合金同屬于Al-Cu系。該系列合金強度高，塑性和韌性也較好。但鑄造性能較差，具體表現為熱裂傾向大、流動性較差、補縮困難。此外，該系列合金抗蝕性能較差，有晶間腐蝕傾向。該系列合金的鑄造成品率很低。

此外，已經公開的申請號為200810302670.3、200810302668.6、200810302669.0和200810302671.8的4個專利名稱均為“一種高強度鑄造鋁合金材料”的文獻中介紹了一種由Cu、Mn、Ti、Nb、Cd、Zr、B和稀土元素組成的高強度鑄造鋁合金材料，這種鋁合金材料具有較高的抗拉強度和延伸率，抗拉強度達到了440Mpa，延伸率大于6％；但此類高強度鑄造鋁合金材料在使用過程中仍未能解決熱裂傾向大的問題、合金強度與可鑄性的矛盾突出，其主要原因是在合金主元素Cu、Mn成分范圍，合金準固相溫度范圍較寬，鑄造凝固時為具有各向異性的枝晶發育提供了充分條件，在凝固后期形成強大的內部收縮應力，故而收縮熱裂傾向大。