[發(fā)明專利]一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310358458.X
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN104372219A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊克堯;司松海;李曉薇;劉光磊;張志敏
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司
• 主分類號: C22C21/12
• 分類號: C22C21/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁銅合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法。

背景技術(shù)

所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時(shí)，因其自由膨脹、收縮受到了約束而產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變，最終導(dǎo)致龜裂而破壞的現(xiàn)象。熱疲勞裂紋的擴(kuò)展與熱疲勞裂紋的萌生一樣，反映了材料抵抗熱疲勞破壞的能力。有些材料盡管裂紋萌生壽命較長，但因其裂紋擴(kuò)展速率快，材料也會(huì)很快失效；而有些材料盡管裂紋較早萌生，但由于裂紋擴(kuò)展緩慢，甚至停止擴(kuò)展，其實(shí)際使用壽命也較長。材料在實(shí)際使用過程中，其使用壽命更大程度取決于熱疲勞裂紋的擴(kuò)展壽命，因此對熱疲勞裂紋擴(kuò)展的研究具有實(shí)際意義。

熱疲勞的影響因素可分為材料內(nèi)部因素（化學(xué)成分、力學(xué)性能和熱處理制度等）和材料服役的外部因素（服役溫度、加熱冷卻速度、保持時(shí)間、外部環(huán)境等）。在特定的工況下，外部因素是一定的。因此，了解材料內(nèi)部因素對熱疲勞抗力的影響就可使材料的熱疲勞抗力相應(yīng)提高。

元素對熱疲勞性能的影響取決于其存在狀態(tài)。合金元素形成的化合物，其類型、尺寸、形狀、數(shù)量和熱穩(wěn)定性與熱疲勞抗力密切相關(guān)。一些零散的分布于各資料中的信息表明，人們對熱疲勞過程中合金元素的影響的研究并不系統(tǒng)?？偟膩碚f，稀土、Ti、Mn、W、Cr、Mo、V等合金元素含量在一定范圍內(nèi)時(shí)有利于提高材料的熱疲勞抗力，反之有害。

稀土元素在黑色金屬中的應(yīng)用，國內(nèi)外在這方面已經(jīng)做了大量工作，并且成熟的運(yùn)用于鋼鐵工業(yè)中。在鑄鋼和鑄鐵中稀土的應(yīng)用已十分廣泛,但在鋁合金中的應(yīng)用還很少。近年來人們發(fā)現(xiàn)稀土能在鋁合金中形成金屬間化合物，使晶界強(qiáng)化，并提高合金的耐熱性。加入什么稀土元素、什么樣的加入量可以即提高合金機(jī)械性能，又提高熱疲勞性能的效果呢？這方面國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)的研究。針對這一問題，本發(fā)明開發(fā)了一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法。其特征在于：選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：Cu4.5%，Mn0.4%，Ti0.35%，Ce0.1-0.6%，其余為Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時(shí)，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40×20×5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗(yàn)前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25℃至加熱300℃之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。

從圖2和表1可以看出，冷熱循環(huán)4000次時(shí)，裂紋已經(jīng)開始萌生，但是擴(kuò)展的速率都很緩慢，相比較而言，加入Ce?0.1%、?Ce?0.5%和Ce?0.6%擴(kuò)展速率快，加入Ce?0.3%擴(kuò)展速率慢。

從圖3可見表1可以看出，當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到6000次時(shí)，各試樣的熱疲勞裂紋在長度、寬度及深度等方面繼續(xù)發(fā)展，裂紋變得更加粗大清晰。加入Ce?0.1%?、Ce?0.5%和Ce?0.6%的裂紋變得更加粗大，裂紋尖端的分枝繼續(xù)擴(kuò)展，且裂紋的縫隙內(nèi)出現(xiàn)明顯的氧化跡象。加入Ce?0.3%的主裂紋形成可擴(kuò)展裂紋，且較為均衡的擴(kuò)展，其附近出現(xiàn)一些不連續(xù)、不規(guī)則的微裂紋，主裂紋相對其他加入量的擴(kuò)展較慢。比較每種組織的裂紋，發(fā)現(xiàn)加入Ce?0.1%、Ce?0.5%和Ce?0.6%的最長且最粗，加入Ce0.3%的最短而最細(xì)。

上述鋁銅錳鈦鈰合金中，鈰的加入量可優(yōu)選為：Ce0.3%。

附圖說明

圖1?熱疲勞試樣示意圖；

圖2?熱疲勞裂紋形貌（冷熱循環(huán)4000次）

a、Ce?0.1%?；b、?Ce?0.3%；c、Ce?0.6%?；

圖3?熱疲勞裂紋形貌（冷熱循環(huán)6000次）

a、Ce?0.1%?；b、Ce?0.3%；c、Ce?0.6%?。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1