[發明專利]一種含稀土Y共晶的高強耐熱鑄造鋁銅合金及制備方法

有效

• 申請號: 202011509626.7
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112760534B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉志義;梅自強;歐林南;曹靖
• 申請（專利權）人: 中南大學;長沙星蕭材料科技有限公司
• 主分類號: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16;C22C1/03;C22F1/057
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發明公開了一種含稀土Y共晶的高強耐熱鑄造鋁銅合金及制備方法，其合金化學成分按照質量百分比為：Cu 6.5?7.8％，Mg 0.1?0.4％，Ag 0.8?1.2％，Y 0.1?0.5％，Mn 0.2?0.4％，V 0.1?0.3％，Cd 0.1?0.3％，Ti 0.1?0.3％，B 0.02?0.06％，余量為Al，制備過程包括合金的熔煉鑄造和鑄件的固溶、時效熱處理，添加稀土Y后，在Al?Cu系鑄造鋁合金中形成了Al₈Cu₄Y共晶組織，使晶界附近的第二相形貌由連續網狀轉變為不連續骨架狀，減輕了第二相對基體的割裂作用，改善了合金的室溫拉伸性能和塑性。同時，提高了合金鑄造過程中的熔體流動性和鑄造工藝性。此外，Al₈Cu₄Y等耐熱的稀土化合物“釘扎”在晶界周圍，有效地阻礙了高溫下晶界的滑移，控制了晶界的變形，提高了合金的高溫力學性能。

技術領域

本發明涉及有色金屬材料合金化領域，具體涉及一種含稀土Y共晶的高強耐熱鑄造鋁銅合金及制備方法。

背景技術

鑄造鋁合金具有密度小、比強度高、成本低等優點，并且可以制成形狀復雜的零件，在汽車工業、軌道交通以及航空航天領域得到廣泛應用。其中，Al-Si系鑄造鋁合金是品種最多、用途最廣的一類合金，具有流動性好、氣密性好、熱膨脹系數小、熱裂傾向小等優異的鑄造性能。但是國內外應用廣泛的Al-Si系合金(如國內的YL112、YL113、YL104，日本的ADC12、ADC10、ADC3以及美國的A380、A360)強度較低(抗拉強度為220-240MPa)，塑性較差(斷后伸長率≤3％)，難以滿足航空航天等領域發展對鋁合金高強高耐熱性的嚴苛要求。近年來公開了一些Al-Si系鑄造鋁合金的制備方法，如CN110029250B和CN110129630B，使合金的塑性和韌性得到不同程度的改善，但始終沒能改變Al-Si系鑄造鋁合金力學性能不高的現狀，限制了該類合金的廣泛應用。

相比之下，Al-Cu系鑄造鋁合金具有較高的室溫和高溫力學性能以及良好的切削加工和焊接性能，在航空航天領域應用較廣，主要用作承受大載荷的結構件和耐熱零件。復雜的Al-Cu系鑄造鋁合金主要可以分為兩大類：耐熱鑄造鋁合金和高強度鑄造鋁合金，我國的ZL206和ZL205A分別是這兩類鑄造鋁合金的典型代表。根據標準GB/T 1173-2013、HB962-2001以及《鑄造手冊第3卷：鑄造非鐵合金(第3版)》，ZL206(T5態)的力學性能指標為室溫抗拉強度250Mpa、斷后伸長率1.8％，300℃抗拉強度160Mpa、屈服強度120Mpa；ZL205A(T5態)的力學性能指標為室溫抗拉強度440Mpa、斷后伸長率7％，300℃抗拉強度165Mpa、斷后伸長率3.5％。隨著航空航天事業的不斷發展，飛行器對功率和速度的追求不斷提升，對構件材料的耐熱性能也提出了更高的要求，ZL206、ZL205A等合金已難以滿足高溫條件下的使用需求。此外，為了提高合金的鑄造性能，Al-Cu系鑄造鋁合金一般采用較高的Cu含量，合金組織中形成了大量粗大的Al₂Cu第二相，嚴重割裂了基體，使Al-Cu系鑄造鋁合金的室溫塑性普遍較低，如ZL206(T5態)的室溫斷后伸長率僅為1.8％。近年來公開的一些高Cu的Al-Cu系鑄造鋁合金制備方法，如CN108251724B和CN108330362B，在一定程度改善了合金的力學性能和切削加工性能，但合金的室溫塑性始終較低，影響了Al-Cu系鋁合金鑄件的加工工藝性和服役安全性。因此，迫切需要開發一種室溫塑性良好、高溫性能優越的高強耐熱Al-Cu系鑄造鋁合金材料。

近年來，已經公開了一些含稀土Y的Al-Si系鑄造鋁合金的制備方法，如CN106591635A、CN108179329B、CN108103363B。這些專利技術通過添加稀土Y或者與其他稀土的混合添加，凈化合金熔體(CN108179329B)、改善共晶Si形態和消除氣孔(CN106591635A)、細化鑄態晶粒(CN108103363B)，從而提高了合金的綜合力學性能。但是，這些技術途徑無法對解決高Cu的Al-Cu系鑄造鋁合金中由大量晶界Al₂Cu導致的合金脆性問題提供任何技術啟示。

發明內容