[發明專利]一種高Cu含量Al-Si-Li-Cu鑄造合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710880389.7
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107699747B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉玉林;畢常蘭;張利;趙玉華;國旭明;王繼杰;劉春忠
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02;C22C1/06;C22F1/043
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 趙嬛嬛

本發明提供一種高Cu含量Al?Si?Li?Cu鑄造合金及其制備方法，其中合金材料按照重量百分比的化學組成為：Si 2～6％，Li 1～2.5％，Cu 3.5～5.5％，Mg 0.5～2％，Mn 0.1～0.5％，Cr 0～0.5％，Zn 0.1～1％，Ti 0～0.5％，Zr 0～0.5％，Be 0～0.5％，余量為Al和雜質。制備方法包括：配料；先將鋁錠加熱熔融成鋁熔體，然后加入除Li以外的金屬原料攪拌均勻；向鋁合金熔體中加入精煉劑進行精煉，精煉結束后除氣處理并扒渣；依次加入覆蓋劑、Li原料、Sr變質劑和AlTiB晶粒細化劑攪拌均勻，靜置5～25min后澆鑄成型；對鑄件進行固溶和時效處理，之后空氣冷卻至室溫。

技術領域

本發明屬于金屬材料及冶金技術領域，具體涉及一種高Cu含量Al-Si-Li-Cu鑄造合金及其制備方法。

背景技術

Al-Li合金具有密度低、彈性模量高、比強度和比剛度高、疲勞性能好和耐腐蝕性能及焊接性能好等諸多優異的綜合性能，是近年來航空航天材料中發展最為迅速的一種先進輕合金結構材料，在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。經過漫長的發展過程，第三代Al-Li合金已經在航空工業中得到了應用。目前研發的Al-Li合金主要以變形合金為主，對輕質高強鑄造Al-Li合金的研發比較少。鑄件在航空飛行器中占有重要地位。對鑄造鋁鋰合金及鑄件的研究是近年來鋁鋰合金研究領域內出現的新動向。因此，研發輕質高強鑄造Al-Li合金對航空工業的發展具有重要意義。

第三代鋁鋰合金的成分特點是低鋰高銅，這樣具有更高的強韌性和更低的各向異性。Cu是鋁合金中重要的強化元素。提高Cu含量有利于形成強化相T1(Al₂CuLi)相，將有利于進一步提高合金的力學性能。Mn、Cr和zn是重要的強化元素。Mn和Cr可以細化晶粒，中和雜質元素Fe的有害影響；zn在鋁中有較大的固溶度，具有較強的固溶強化效果。研究表明，將Cu含量提高到3.5wt％以上，抗拉強度可達到400MPa以上，但合金的鑄造性能較差，表現在流動性差，縮孔縮松嚴重，大大影響了合金的應用效果。

鑄造性能是鑄造合金的重要性能指標。提高合金的鑄造性能是研發新型鑄造合金的關鍵。在鋁合金中，Si是活性元素，能提高鋁合金的流動性。所以Al-Si合金具有優異的鑄造性能，在工業生產中得到了廣泛應用。將Si加入到高Cu含量Al-Li合金中可能會提高合金的流動性，從而提高鑄造性能。但是Si的加入量要限制在一個較低的水平，防止合金中溶質含量過高導致合金變脆。

然而，根據Al-Si-Li相圖，以及對Al-7wt％Si-xLi合金的研究表明，在Al-7wt％Si合金中加入Li導致了初生Al₂Li₃Si₂相的形成。而且隨著Li含量的增加，初生Al₂Li₃Si₂相變得更加粗大。圖1表示一種Al-7wt％Si-2.5wt％Li合金中粗大的Al₂Li₃Si₂相。可以肯定，這種粗大的初生相將嚴重損害合金的力學性能，尤其是塑性。這一微觀結構特征阻礙了Al-Si-Li系合金的發展，使得Al-Si-Li合金失去了應用價值。因此，細化甚至消除這些粗大的初生相是研發鑄造Al-Si-Li合金的關鍵。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種高Cu含量Al-Si-Li-Cu鑄造合金及其制備方法，所述Al-Si-Li-Cu鑄造合金可以大大細化甚至消除粗大的初生Al₂Li₃Si₂相，既保持了Al-Si鑄造合金優異的鑄造性能和較高的強度，又具有比傳統Al-Si合金低2～7％的密度，達到了輕質高強的目標。本發明的技術方案為：