[發明專利]一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強耐熱鋁合金

在審

• 申請號: 201510208359.2
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN104862563A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 任欣;丁清偉;邵宇光;張軍利;姜魁光;縱榮榮;張洪輝;王玉林
• 申請（專利權）人: 山東南山鋁業股份有限公司
• 主分類號: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 李子健;李迎春

技術領域

本發明屬于有色金屬技術領域，尤其涉及一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強耐熱鋁合金。

背景技術

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系鋁合金，具有良好的耐熱性，熱狀態下塑性高且加工性能好，被廣泛用于生產高溫下具有較高強度的重要承力構件。歐美的2618A，俄羅斯的AK4-1及常見的2A70、2D70和2A80均為Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金。該類合金中S(Al₂CuMg)相為主要強化相，且高溫穩定性能較好，可使合金獲得良好的室溫性能并兼具較高的高溫性能。因此，應使合金獲得盡可能多的S(Al₂CuMg)相。根據S(Al₂CuMg)相的嚴格計量比化學方程式可知，為獲得S(Al₂CuMg)相應使合金中Cu/Mg接近2.61(w(Cu)/w(Mg)=63.55/24.31)。傳統Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金(2A70、2618等)中Cu、Mg含量分別為1.9~2.5%和1.4~1.8%。根據Cu/Mg=2.61計算可知，當Cu含量為合金的上限值2.5%時，形成S(Al₂CuMg)相所需的Mg含量為0.96%，遠低于2A70合金中Mg含量的下限值(1.4%)。因此，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中Mg元素通常過量。通過增加Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中Cu元素含量，使其與合金中過量Mg元素形成S(Al2CuMg)相，從而在該合金中獲得較大數量的強化相。

Fe、Ni對合金的耐熱性能有較好的幫助，但單獨添加Fe或Ni將形成Al₇Cu₂Fe、Al₇Cu₄Ni等難溶化合物。這些化合物均含Cu，它們的形成必然減少合金中S(Al₂CuMg)相的數量，從而對合金的性能產生影響。Fe、Ni只有以1：1的比例添加時，才能主要形成Al₉FeNi相而不影響合金中S(Al₂CuMg)相的數量。該相在高溫下不易分解，具有較好的高溫穩定性，細小均勻分布的Al₉FeNi相也有利于提高合金的耐熱性能。但增加Fe、Ni含量，在熔鑄過程中容易出現粗大針狀Al₉FeNi化合物聚集，顯著降低合金的力學性能，且在加工變形過程中不易于破碎與分散，不利于合金耐熱性能的提高。因此，適當降低合金中Fe、Ni含量對提高合金的室溫力學性能有較大的幫助。

此外，研究表明合金中添加稀土Sc元素能夠細化并改善Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中強化相的形貌與分布，從而有效提高合金的強度和高溫耐熱性能。但Sc元素價格昂貴，難以在實際生產中廣泛應用。因此，科研工作者致力于尋找經濟適用、合理有效的微合金化方法，研究開發獲得新一代高強耐熱鋁合金。大量文獻對不同稀土元素對鋁合金組織與性能的影響都進行了報道，但稀土Nd在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中的應用卻未見相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提出一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強耐熱鋁合金，通過高Cu、低Fe、Ni與添加稀土Nd的相互匹配、共同作用使合金獲得優異的室溫強度和高溫性能。

上述技術問題是通過以下方案實現的：

????一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強耐熱鋁合金，其特征在于：所述合金中各元素的質量百分比含量范圍分別為：Cu?2.6~3.5%，Mg?1.3~1.8%，Fe?0.1~0.8%，Ni?0.1~0.8%，Nd?0.05~0.50%，Mn?0.1~0.25%，Zr?0.1~0.25%，余量為Al；所述合金中Fe、Ni元素以1：1等比例添加。