CN100410406C - 高强高韧铸造铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同时具有较高的抗拉强度和延伸率综合力学性能的高强高韧铸造铝合金，由以下组分按重量百分比组成：Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr 0.03～0.7；Al余量。本发明铸造铝合金最高抗拉强度达520MPa时，其延伸率为13.5%，其强度和韧性均高于ZL205A合金；本发明铸造铝合金在延伸率为16.5%时，其抗拉强度达到505MPa，比高韧205A合金的抗拉强度提高了100MPa。因此，本发明高强高韧铸造铝合金的综合力学性能明显高于目前报道的铸造铝合金。

Description

高强高韧铸造铝合金
技术领域
本发明涉及铸造铝合金，特别涉及一种同时具有较高的抗拉强度和延伸率综合力学性能的高强高韧铸造铝合金。
背景技术
当前，国内外非常重视高强度铝合金的研究和开发。铸造铝合金作为传统的金属材料，因其具有密度低，比强度高，生产零件灵活、简单，易于小批量生产等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业与国防的发展，对铸造铝合金，尤其是具有特殊性能，如具有高强度、高韧性、优良的耐磨性和耐腐蚀性的铸造铝合金，需求量越来越大。经过几十年的发展，高强度铸造铝合金已形成完整系列，性能趋于稳定，生产方法日渐完善，成为材料领域中不可或缺的合金体系，并已在汽车、航空和航天工业中获得广泛的应用。通常，高强度铸造铝合金的抗拉强度，一般达300～500MPa，但延伸率仅为1％～10％。20世纪60年代至70年代，中国北京航空材料研究院研制成功了ZL205A合金。ZL205A(T6热处理)的最高抗拉强度为510MPa，是目前报道中强度最高的铸造铝合金材料，其延伸率为7％；20世纪90年代，北京航空材料研究院研制出一种与ZL205A成分相近、韧性特别好的铸造铝合金材料(称高韧205A)延伸率达19％～23％，抗拉强度为385～405MPa；随着工业生产与国防现代化的发展，降低结构件重量的要求日益迫切，应用铝合金的领域越来越广泛。例如，随着航空、航天和汽车工业的迅猛发展，为提高车速、降低油耗、节约能源和保护环境，降低单车重量的压力越来越大，铸造铝合金在航空、航天和汽车行业的应用范围将进一步扩大，以替代主要结构件中不仅承受静载荷，而且承受很大冲击和振动的钢铁部件(如汽车底盘支架等)，从而对铸造铝合金的强度和韧性提出了更高的要求。因此，目前急需发明一种同时具有高强度高韧性的铸造铝合金。
发明内容
本发明的目的在于提出一种综合力学性能高于目前铸造铝合金的高强高韧铝合金，即该合金不但具有较高的抗拉强度，同时还具有较高的延伸率。
本发明高强高韧铸造铝合金，由以下组分按重量百分比组成：Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr 0.03～0.7；Al余量。
本发明是在ZL205A合金的成分基础上，通过优化Cu、Mn等元素，并添加稀土元素Pr，以改变铸造铝合金的组织，达到同时提高铸造铝合金的强度和延伸率。目前，世界报道铸造铝合金的抗拉强度和延伸率的最高综合性能分别为：高强ZL205A合金的抗拉强度为510MPa，延伸率为7％；高韧205A合金的抗拉强度为385～405MPa，延伸率为19～23％。本发明研制的铸造铝合金最高抗拉强度达520Mpa时，其延伸率为13.5％，其强度和韧性均高于ZL205A合金；本发明研制的铸造铝合金在延伸率为16.5％(稍低于高韧205A合金)时，其抗拉强度达到505MPa，比高韧205A合金的抗拉强度提高了100MPa。因此，本发明的新型高强高韧铸造铝合金的综合力学性能明显高于目前报道的铸造铝合金。
附图说明
图1是实施例1成分铸造铝合金的拉伸应力应变曲线；
图2是实施例2成分铸造铝合金的拉伸应力应变曲线；
图3是实施例3成分铸造铝合金的拉伸应力应变曲线；
图4是实施例4成分铸造铝合金的拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
制备重量百分比含量为Cu：4.5～5.0；V：0.05～0.1；Mn：0.3～0.35；Ti：0.15～0.2；B：0.005～0.015；Cd：0.15～0.2；Zr：0.05～0.1；Pr：0.03；Al：余量的铸造铝合金。
按常规制备铸造铝合金方法用料，将除Pr元素之外的所有计算量原料混合在电阻坩埚炉中熔化后，在850℃左右加入无毒精炼剂精炼，并在此温度下静置5～10分钟；再向精炼后的合金熔液中加入计算量稀土元素Pr；搅拌后静置10分钟，在850℃下浇注。经过T6(固溶时效)热处理后，制取拉伸试样。此成份下的铸造铝合金拉伸应力应变曲线如图1所示。其抗拉强度σb为480～495MPa，延伸率δ为10.5～12.0％。
实施例2
制备重量百分比含量为Cu：5.5～6.0；V：0.15～0.2；Mn：0.35～0.4；Ti：0.2～0.3；B：0.02～0.03；Cd：0.15～0.2；Zr：0.10～0.15；Pr：0.45；Al：余量的铸造铝合金。
制备方法同实施例1，此成份下的铸造铝合金拉伸应力应变曲线如图2所示。其抗拉强度σb为505～520MPa，延伸率δ为13.5～16.5％。
实施例3
制备重量百分比含量为Cu：6.5～7.0；V：0.25～0.3；Mn：0.4～0.45；Ti：0.3～0.35；B：0.045～0.06；Cd：0.2～0.25；Zr：0.15～0.2；Pr：0.7；Al：余量的铸造铝合金。
制备方法同实施例1，此成份下的铸造铝合金拉伸应力应变曲线如图3所示。其抗拉强度σb为460～485MPa，延伸率δ为12.5～13.5％。
实施例4
制备重量百分比含量为Cu：4.5～5.0；V：0.05～0.1；Mn：0.3～0.35；Ti：0.15～0.2；B：0.005～0.015；Cd：0.15～0.2；Zr：0.05～0.1；Pr：0.45；Al：余量的铸造铝合金。
制备方法同实施例1。其抗拉强度σb为490～500MPa，延伸率δ为13.5～15.5％。
实施例5
制备重量百分比含量为Cu：6.5～7.0；V：0.25～0.3；Mn：0.4～0.45；Ti：0.3～0.35；B：0.045～0.06；Cd：0.2～0.25；Zr：0.15～0.2；Pr：0.45；Al：余量的铸造铝合金。
制备方法同实施例1。其抗拉强度σb为485～505MPa，延伸率δ为11.5～12.5％。
对比试验例6
制备重量百分比含量为Cu：4.5～5.0；V：0.05～0.1；Mn：0.3～0.35；Ti：0.15～0.2；B：0.005～0.015；Cd：0.15～0.2；Zr：0.05～0.1；Al：余量的铸造铝合金(不含有Pr元素)。
按常规方法制备，此成份下的铸造铝合金拉伸应力应变曲线如图4所示。其抗拉强度σb为400～440MPa，延伸率δ为55～7％。
从加入和未加入稀土元素的铸造铝合金的拉伸应力应变曲线上很清楚看出，加入稀土元素的铸造铝合金的拉伸应力应变曲线的斜率较陡，说明此合金具有较大的弹性模量，也就是具有较好的刚度，而未加入稀土元素的铸造铝合金的弹性模量较小；同时，加入稀土元素比未加入稀土元素的铸造铝合金的屈服强度也要高。因此，加入稀土元素对本铸造铝合金的综合力学性能的提高起至关重要的作用。

Claims (1)

1. 一种高强高韧铸造铝合金，其特征在于由以下组分按重量百分比组成：Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr0.03～0.7；Al余量。
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