[發(fā)明專利]一種低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金制備方法

無效

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• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN101654745A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李敏;王宏偉;魏尊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Al-5%Cu基合金制備方法。

背景技術(shù)

Al-Cu系合金作為鋁合金材料的一種，具有很高的室溫及高溫力學(xué)性能，尤其是強(qiáng)度和延伸率指標(biāo)的搭配范圍寬，性能潛力大，熱處理強(qiáng)化明顯而廣泛使用于航空、航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)中。Al-Cu系中Al-5%Cu基合金（ZL205合金）是我國自行研制的高強(qiáng)度鑄造鋁合金,是目前世界工業(yè)生產(chǎn)中強(qiáng)度較高的鑄造鋁合金之一，因而其在航空、航天、核工業(yè)、兵器工業(yè)中逐漸展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。

近年來，隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，對高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的要求也越來越高，這就要求其應(yīng)在滿足力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，最大限度的降低缺陷率，尤其是熱裂傾向性，以滿足其要求。然而現(xiàn)有的制備方法得到的Al-5%Cu基合金在降低熱裂傾向性的同時，不能保持合金的高強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法得到的Al-5%Cu基合金結(jié)晶溫度范圍寬，熱裂傾向性高的問題，本發(fā)明提供了一種低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金制備方法。

本發(fā)明的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：一、按質(zhì)量百分比稱取如下原料：66.15%～82.45%的鋁、10%的鋁銅中間合金、2%～5%的鋁錳中間合金、1.25%～5%的鋁鋯中間合金、1.25%～7.5%的鋁釩中間合金、2%～5%的鋁鈦硼中間合金、0.15%～0.25%的鎘和0.9%～1.1%的鋁釔中間合金；二、將步驟一中的原料進(jìn)行表面清洗，再自然干燥后混合裝入石墨坩堝中，然后將石墨坩堝置于700～750℃的條件下加熱至原料完全熔化后，再通入氬氣20～40min，然后將熔體澆入模具中，得Al-5%Cu基合金激冷錠；三、按質(zhì)量百分比稱取15%~25%的步驟二得到的Al-5%Cu基合金激冷錠、50%～60%的鋁、7%～8%的鋁銅中間合金、1.5%～3.5%的鋁錳中間合金、3%～4%的鋁鋯中間合金、5%～6%的鋁釩中間合金、2%～4%的鋁鈦硼中間合金、0.1%～0.2%的鎘和0.75%～0.85%的鋁釔中間合金，然后混合裝入石墨坩堝中，再將石墨坩堝置于700～750℃的條件下加熱至原料完全熔化后，再通入氬氣20～40min，然后澆注成板件，得到低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金。其中，步驟一和步驟三中所述的鋁的質(zhì)量純度為99.99%，鋁銅中間合金中含銅50%（質(zhì)量），鋁錳中間合金含錳10%（質(zhì)量），鋁鋯中間合金含鋯4%（質(zhì)量），鋁釩中間合金含釩4%（質(zhì)量），鋁鈦硼中間合金含鈦5%（質(zhì)量）、含硼1%（質(zhì)量），鋁釔中間合金含釔為10%（質(zhì)量），鎘的質(zhì)量純度為99.999%。

本發(fā)明中Al-5%Cu基合金激冷錠及稀土元素釔（Y）的加入細(xì)化了Al-5%Cu基（ZL205A）合金組織，Al-5%Cu基合金激冷錠的加入使得合金熔體在凝固過程中異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)增多，同時稀土元素釔的加入抑制了晶粒的長大，兩者共同作用下，使得Al-5%Cu基合金組織細(xì)化，縮小了結(jié)晶溫度區(qū)間，得到的Al-5%Cu基合金致密，在鑄造過程中的熱裂傾向性降低。此外，釔、鋁、銅、釩金屬元素之間具有較強(qiáng)的交互作用，形成化合物，并且該化合物沿晶界析出，在合金熔體凝固前期阻止晶粒生長細(xì)化了二次枝晶間距，從而細(xì)化了合金組織，并且對晶界處第二相起到了變質(zhì)作用，使合金組織變得更加細(xì)小、致密，使得合金的結(jié)晶區(qū)間減小，降低了Al-5%Cu基合金在鑄造過程中的熱裂傾向性，同時合金的抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能仍保持現(xiàn)有技術(shù)達(dá)到的強(qiáng)度。

本發(fā)明制備得到的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金的最大熱裂抗力值為670N，與現(xiàn)有的同體系A(chǔ)l-5%Cu基合金相比，熱裂抗力增加了103%，熱裂抗力增加了Al-5%Cu基合金的力學(xué)性能，使得Al-5%Cu基合金熱裂傾向性明顯改善。同時，本發(fā)明得到的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金的抗拉伸強(qiáng)度達(dá)到450~500N，在保持現(xiàn)有Al-5%Cu基合金和強(qiáng)度的同時，實(shí)現(xiàn)了熱裂傾向性缺陷的顯著降低。

本發(fā)明的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金可更好、更安全地服役于航空、航天、核工業(yè)、兵器工業(yè)。

本發(fā)明的制備方法工藝簡單，易于操作，原料中不含有貴金屬元素，生產(chǎn)成本低。

附圖說明

圖1是具體實(shí)施方式十二得到的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金的合金組織晶粒粒度形貌圖；圖2是具體實(shí)施方式十二中作為對比制備得到添加0.1%稀土釔的Al-5%Cu基合金的合金組織晶粒粒度形貌圖；圖3是現(xiàn)有方法得到的Al-5%Cu基合金的合金組織晶粒粒度形貌圖；圖4是具體實(shí)施方式十二得到的低熱裂傾向性Al-5%Cu基合金的冷卻曲線圖。