CN101186987A - 一种含钪铸造耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含钪铸造耐热铝合金，属于铸造铝合金材料领域。本发明具体组份及其重量百分比为：Cu：4～6.5％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al。本发明的方法与现有的Al－Cu系铸造铝合金制备方法相比，改善了铸造性能，大幅度提高了中温机械性能。

Description

一种含钪铸造耐热铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铸造铝合金材料，涉及一种铝铜镁银系铸造耐热铝合金，特别是涉及一种含稀土钪的铝铜镁银系铸造耐热铝合金及其制备方法。
背景技术
铝铜系铸造铝合金是一种可热处理强化型铝合金，由于其较好的时效硬化能力和热稳定性，被用做中温结构材料。属于这类典型材料有我国的ZL201与美国的242.0。ZL201铸造铝合金的主要化学成分及重量百分比为：Cu4.5～5.3％，Mn0.6～1.0％，Ti0.15～0.35％，其余为Al，其室温抗拉强度σb为363MPa，300℃时σb为118MPa；242.0铸造铝合金的主要化学成分及其重量百分比为：Cu3.5～4.5％，Mg1.2～1.8％，Ni1.7～2.3％，其余为铝，其室温抗拉强度σb为275MPa，300℃时σb为55MPa。因这两种铸造合金的室温及中温强度相对比较低，其主要应用于不超过150℃时的工作环境中。为此有必要进一步提高其力学性能，使合金具有较好的室温和中温抗拉强度。目前尚没有利用稀土钪合金化技术促进铝铜镁银系铸造铝合金组织转变和提高其耐热性能的文献报道。
发明内容
本发明的目的针对现有技术不足和缺陷，提供一种稀土钪合金化的铝铜镁银系铸造耐热铝合金，使其通过稀土钪的合金化，来细化合金晶粒度，细化时效析出相的尺寸，提高析出相的热稳定性，来提高合金的总体强度和中温耐热性能，使合金的性能超过ZL201与242.0合金。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明铝铜镁银系合金组份及重量百分比为：Cu：4～6.5％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al。
本发明的制备方法为：各组份的重量百分比为：Cu：4～6.5％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al；将合金按上述比例配料，熔炼铸锭，铸锭经450～500℃均匀化处理，在515～535℃固溶，150～200℃人工时效处理。
本发明的具体制备过程为：将合金配料在中频感应电阻炉中进行熔炼，并用C2Cl6进行精练，熔体静置、扒渣后，通过铁模浇铸成圆坯，铸锭在450～500℃均匀化处理，然后再经过515～535℃固溶淬火后，进行150～200℃人工时效处理。
本发明的最佳实施例如下：
添加0.05％Sc形成的铸造耐热铝合金，其组份及重量百分比为：5.1％Cu，0.85％Mg，0.50％Ag，0.45％Mn，0.20％Zr，0.05％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb至少为：室温-351MPa，300℃-175MPa，伸长率至少为5.0％。
添加0.30％Sc形成的铸造耐热铝合金，其组份及重量百分比为：5.35％Cu，0.75％Mg，1.2％Ag，0.60％Mn，0.30％Zr，0.30％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb至少为：室温-430MPa，300℃-223MPa，伸长率至少为5.5％。
添加0.60％Sc形成的铸造耐热铝合金，其组份及重量百分比为：6.0％Cu，1.0％Mg，0.82％Ag，0.38％Mn，0.15％Zr，0.60％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb至少为：室温-410MPa，300℃-203MPa，伸长率至少为4.5％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明具有实质性特点和显著效果，本发明是在现有的铝铜镁银系合金中添加微量稀上钪，利用微量钪的作用使铝铜镁银系合金的原始铸态组织得到细化。得到细化的铸态组织通过进一步的固溶时效处理，以获得较好的组织，提高了铸造合金的总体强度和中温耐热性能，使其性能处于最佳状态，合金的性能明显超过传统的ZL201与242.0铸造铝合金。
附图说明
图1：本发明实施例1合金的铸态组织照片；
图2：本发明实施例2合金的铸态组织照片；
图3：本发明实施例3合金的铸态组织照片；
图4：本发明实施例4合金的铸态组织照片；
具体实施方式
结合本发明的方法提供以下实例：
本发明的实施例是在铝铜镁银系合金(Cu：4～8％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al。)配料中添加不同含量的钪，其成分不同于ZL201铸造铝合金与242.0铸造铝合金(如表1和2所示)。合金采用中频感应电阻炉熔炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，铸锭先经过均匀化处理，再固溶淬火，随后进行时效处理。室温和中温抗拉强度明显高于ZL201与242.0合金(表3和4所示)。具体实施例说明如下：
实施例1
在铝铜镁银合金中添加0.05％Sc，合金配料(原料为：A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9％的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4Zr中间合金，Al-2Sc中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，460℃均匀化处理，然后在535℃固溶淬火，再在200℃进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.1％Cu，0.85％Mg，0.50％Ag，0.45％Mn，0.20％Zr，0.05％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb：室温≥350MPa，300℃≥170MPa。
实施例2
在铝铜镁银合金中添加0.30％Sc，合金配料(原料为：A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9％的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4Zr中间合金，Al-2Sc中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，500℃均匀化处理，然后在525℃固溶淬火后，再在185℃进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.35％Cu，0.75％Mg，1.2％Ag，0.60％Mn，0.30％Zr，0.30％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb：室温≥430MPa，300℃≥220MPa。
实施例3
在铝铜镁银合金中添加0.60％Sc，合金配料(原料为：A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9％的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4Zr中间合金，Al-2Sc中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，480℃均匀化处理，然后在515℃固溶淬火后，再在150℃进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为6.0％Cu，1.0％Mg，0.8％Ag，0.38％Mn，0.15％Zr，0.60％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb：室温≥410MPa，300℃≥200MPa。
实施例4
在铝铜镁银合金中添加0.01％Sc，合金配料(原料为：A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9％的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4Zr中间合金，Al-2Sc中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，490℃均匀化处理，然后在510℃固溶淬火后，再在165℃进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为4.5％Cu，0.40％Mg，0.32％Ag，0.20％Mn，0.10％Zr，0.01％Sc，其余为Al。合金的抗拉强度σb：室温≥335MPa，300℃≥110MPa。
表1本发明合金的主要化学成分(重量百分比)
    合金   Cu   Mg   Ag  Mn  Zr  Sc Al
    实施例1   5.1   0.85   0.50  0.45  0.20  0.05 余量
    实施例2   5.35   0.70   1.2  0.60  0.30  0.30 余量
    实施例3   6.0   1.0   0.82  0.38  0.15  0.60 余量
    实施例4   4.5   0.40   0.32  0.20  0.10  0.01 余量
表2对比合金的主要化学成分(重量百分比)
  合金   Cu   Mg   Mn   Ti   Ni   Al
  ZL201   4.5～5.3   -   0.6～1.0   0.15～0.35   -   余量
  242.0   2.3   1.2～1.8   -   -   1.7～2.3   余量
表3本发明合金的拉伸性能
    合金 测试温度，℃     拉伸性能
    σb，MPa     δ，％
    实施例1     25     351     5.0
    300     175     10.7
    实施例2     25     430     5.5
    300     223     9.4
  实施例3     25     410     4.5
    300     203     8.5
  实施例4     25     335     6.3
    300     110     12.5
表4对比合金的拉伸性能
 合金   测试温度，℃     拉伸性能
    σb，MPa     δ，％
  ZL201     24     363     5
    300     118     7.0
  2618铝合金棒材     24     275     1.0
    300     55     35.0

Claims (5)

1.一种含钪铸造耐热铝合金，含有Cu、Mg、Ag、Mn、Zr，其特征在于，还含有稀土Sc，各组份的重量百分比为：Cu：4～6.5％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种含钪铸造耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为5.1％Cu，0.85％Mg，0.50％Ag，0.45％Mn，0.20％Zr，0.05％Sc，其余为Al。
3.根据权利要求1所述的一种含钪铸造耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为5.35％Cu，0.75％Mg，1.2％Ag，0.60％Mn，0.30％Zr，0.30％Sc，其余为Al。
4.根据权利要求1所述的一种含钪铸造耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为6.0％Cu，1.0％Mg，0.82％Ag，0.38％Mn，0.1 5％Zr，0.60％Sc，其余为Al。
5.权利要求1所述的一种含钪铸造耐热铝合金的制备方法，其特征是：Cu：4～6.5％，Mg：0.4～1.5％，Ag：0.3～1.5％，Mn：0.3～0.6％，Zr：0.05～0.30％，Sc：0.05～0.60％，余量为Al；将合金按上述比例配料，熔炼浇铸，铸锭经450～500℃均匀化处理，在515～535℃固溶，150～200℃人工时效处理。
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