[發明專利]一種具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010397816.8
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111455242B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 韓秀麗;武高輝;孫東立;楊文澍;喬菁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16;C22C1/02;B22D17/00;C22F1/057
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種具有高尺寸穩定性的Al?Cu?Mg?Si合金及其制備方法，涉及一種具有高尺寸穩定性的Al?Cu?Mg?Si合金及其制備方法。目的是解決現有的鋁合金長期使用過程中尺寸穩定性差的問題。合金中元素的質量百分比為：Cu：2.5％～5.5％，Mg：0.7％～2％，Si：0.3～0.8％，Al為余量，并且Cu和Mg質量比K1為2.61～4，Mg和Si的質量比K2為1.73～4.5；方法：按照元素的質量百分比稱取原料，熔化得到鋁合金熔液，進行壓鑄得到鋁合金鑄錠，熱處理。本發明所得鋁合金在儲存及服役過程中尺寸變化率顯著降低，尺寸穩定性明顯提高。本發明適用于制備Al?Cu?Mg?Si合金。

技術領域

本發明涉及鋁合金技術領域，具體涉及一種具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金及其制備方法。

背景技術

尺寸穩定性是指在長期貯存(恒溫、變溫)或服役(振動、沖擊、靜載荷)環境下，材料及其零件保持原始尺寸和形狀不變的能力，通常用樣品經過模擬環境暴露后在固定環境下所測得的尺寸變化來表征。陀螺儀、星敏感器、光學儀器結構件、精密軸承等高精度器件均對尺寸穩定性有極高的要求。世界上許多國家都在開發適用于精密零件的新材料。

2024鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金等具有低密度、高斷裂韌性、高疲勞強度以及優異的加工性能，已成為高精度光學和慣性器件的常用的材料。但是，長期以來發現這些合金的尺寸穩定性不足，雖然研發人員在穩定化熱處理、去應力退火處理方面做了大量工作，使得尺寸穩定性特性有所提高，但是仍然無法滿足高精度儀器儀表的對于精度的越來越高的要求。作為時效強化型鋁合金，在時效過程中析出強化相能夠獲得較高的強度，但是在某些環境下，例如衛星持續運行10年、高精度儀器儀表貯存8年，這種情況下，由于不可避免的少量時效析出足以使儀器精度下降甚至喪失設計精度。例如Al-Cu-Mg系合金的尺寸穩定性因素包括應力因素、組織因素及相的因素，通過傳統的熱處理方法或者穩定化工藝可以消除材料內部的殘余應力并對組織進行調控，解決應力因素、組織因素問題，但對于析出相引起的尺寸變化難以調控。Al-Cu-Mg合金的析出相主要為S′相(Al₂CuMg)或者θ′相(Al₂Cu)，兩種析出相的密度均高于基體合金密度，均會引起合金體積減小。例如，各向同性2024鋁合金時效過程中的尺寸變化率為-7.86×10^-5，相當于10mm長度的棒縮短0.78μm。Al-Cu-Mg合金中加入一定量Si元素后可析出β′相(Mg₂Si)或Q′相(Al₃Cu₂Mg₉Si₇)，此兩相的密度均低于基體合金，導致合金體積增大。因此，研究新型的Al-Cu-Mg-Si合金，通過對合金成分進行精確調控，對成分精細化設計，控制合金析出相的種類和數量，得到一種具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金材料，這類新材料在精密零件上具有重要工程應用價值。

發明內容

本發明為了解決現有的鋁合金長期使用過程中尺寸穩定性差的問題，提出一種具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金及其制備方法。

本發明具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金中元素的質量百分比為：Cu：2.5％～5.5％，Mg：0.7％～2％，Si：0.3～0.8％，Al為余量，并且Cu和Mg質量比K1滿足：2.61K14，Mg和Si的質量比K2滿足：1.73K24.5；其中雜質總質量含量≤0.1％。

上述具有高尺寸穩定性的Al-Cu-Mg-Si合金的制備方法按照以下步驟進行：

步驟一：準備原料

按照合金中元素的質量百分比稱取純金屬或鋁合金作為原料；

所述合金中元素的質量百分比為：Cu：2.5％～5.5％，Mg：0.7％～2％，Si：0.3～0.8％，Al為余量，并且Cu和Mg質量比K1滿足：2.61K14，Mg和Si的質量比K2滿足：1.73K24.5；

步驟二：熔煉