[發(fā)明專利]Cr-Tb高強(qiáng)耐熱鋁合金材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910307899.0
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102031424A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張中可;車云;周利洪;曹躍清;張德恩;胥光酉;李祥
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州鋁廠;貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司;貴州科學(xué)院
• 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(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 吳無懼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)

鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中。現(xiàn)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(yè)和鋁合金制品的角度，習(xí)慣上把高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)滿足鑄造性能好又容易進(jìn)行變形加工的高溫高強(qiáng)度鋁合金，還沒有見公開報(bào)道過。

1、高強(qiáng)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(gè)系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強(qiáng)度最高，但多數(shù)在200Mpa～300Mpa之間，高于400Mpa的只有AlCu系的少數(shù)幾個(gè)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(qiáng)韌性稍遜使其應(yīng)用范圍受到較大的限制。許多重要用途如特種重載車負(fù)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(xì)化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性以及良好的使用性能。但是，對設(shè)備和工裝模具要求高，工序多，因此變形鋁合金生產(chǎn)周期長、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價(jià)格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件、可以小批量生產(chǎn)也可以大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)出能夠替代部分變形鋁合金的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料及其鑄造成形工藝，可以達(dá)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的發(fā)展過程中，法國于20世紀(jì)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(qiáng)韌鑄造鋁合金中它的歷史最久、應(yīng)用最為廣泛。我國目前沒有與它對應(yīng)的牌號。

美國鋁協(xié)會牌號201.0(1986年)和206.0(1967年)后是在A-U5GT基礎(chǔ)上改造而形成的，具有很好的力學(xué)性能和抗應(yīng)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(lǐng)域，限制了其應(yīng)用范圍。

在高強(qiáng)韌鑄造鋁合金領(lǐng)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(fù)雜，含有Cu，Mn，Zr，V，Cd，Ti，B等7種合金元素。ZL205A(T6)的抗拉強(qiáng)度為510MPa，是目前已有注冊牌號的鑄造鋁合金材料強(qiáng)度最高的。ZL205A(T5)的強(qiáng)韌性最好，延伸率可達(dá)13％。但ZL205A最大的缺陷是鑄造性能差、熱裂傾向性大，同時(shí)因配方成本高，應(yīng)用范圍小。

上述3種高強(qiáng)韌鑄造鋁合金同屬于Al-Cu系。該系列合金強(qiáng)度高，塑性和韌性也較好。但鑄造性能較差，具體表現(xiàn)為熱裂傾向大、流動性較差、補(bǔ)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(jīng)公開的申請?zhí)枮?00810302670.3、200810302668.6、200810302669.0和200810302671.8的4個(gè)專利名稱均為“一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料”的文獻(xiàn)中介紹了一種由Cu、Mn、Ti、Cr、Cd、Zr、B和稀土元素組成的高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料，這種鋁合金材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了440Mpa，延伸率大于6％；但此類高強(qiáng)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(qiáng)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(zhǔn)固相溫度范圍較寬，鑄造凝固時(shí)為具有各向異性的枝晶發(fā)育提供了充分條件，在凝固后期形成強(qiáng)大的內(nèi)部收縮應(yīng)力，故而收縮熱裂傾向大。