CN101818291B - 一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金及其制备方法，所述合金有下述组份按重量百分组成：Cu：4～10％，Mg：0.8～2.0％，Ag：0.4～2.0％，Mn：0～1.0％，Zr：0～1.0％，Ti：0～1.0％，余量为Al。采用元素粉末法，通过球磨、压坯、真空热压烧结及固溶时效的方法，获得晶粒细小的粉末冶金耐热铝合金，合金的性能明显超过现有的铸态铝铜镁银系耐热铝合金，可以满足中、高温结构材料对耐热铝合金的要求。可实现工业化应用，拓展了铝合金在中、高温结构材料领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金及其制备方法。属于高性能的中温结构金属材料及粉末冶金技术领域。。
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％，Mn 0.6～1.0％，Ti 0.15～0.35％，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：Cu 3.5～4.5％，Mg 1.2～1.8％，Ni 1.7～2.3％，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。
本发明者提出通过掺杂稀土元素进行微合金化处理，使铸态Al-Cu-Mg-Ag合金的晶粒细化，然后再进行固溶时效处理，可改善合金的时效析出过程，进一步提高其耐热性能【中国专利：CN2007100360721.1】，但由于稀土微合金化铸造法制备的合金的晶粒仍然粗大，晶粒的平均直径在50um以上，合金性能提高有限。
发明内容
本发明的目的旨在针对现有的铝铜镁银系铸造耐热铝合金的技术不足和缺陷，提出一种组分配比合理、生产工艺简单、可有效提高铝合金的总体强度和高温耐热性能的铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金及其制备方法。使铝合金的性能超过现有的铸锭冶金型耐热铝合金。
本发明一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金，由下述组分按重量百分组成：
Cu：4～10％，
Mg：0.8～2.0％，
Ag：0.4～2.0％，
Mn：0～1.0％，
Zr：0～1.0％，
Ti：0～1.0％，余量为Al，各组分之和为100％。
本发明一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的制备方法，包括下述步骤：
第一步：配料、混合
按照合金成分，取Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr、Ti元素粉末配料、球磨混合均匀；
第二步：制坯
将球磨后的复合粉末在室温下模压成型坯料；
第三步：烧结
将第二步所得坯料进行真空热压烧结，烧结温度为580～620℃，真空度为0.001～0.1Pa，烧结时所施加的压力为15～25MPa，烧结时间4～10h；
第四步：固溶、淬火、时效
将第三步所得烧结坯料固溶，固溶温度为：520～540℃，时间为2～24h，出炉室温水淬或油淬；淬火后，进行人工时效，时效温度：150～210℃，时效时间：4～40h。
本发明中，所述元素粉末粒度为：-100目～-300目。
本发明中，所述球磨，球蘑机转速为：100～400转/分钟；球磨后过-50目筛。
本发明中，所述模压成型压力为：200～400MPa。
本发明中，所述真空热压烧结在真空热压烧结炉中进行。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
本发明采用元素粉末的方法进行混料，通过球磨，使铜、锰、钛、锆、银等元素在铝基体中固溶度超过其理论固溶度，然后通过真空热压烧结，使元素粉末反应充分进行，以获得致密度高、孔隙少、晶粒细小(晶粒的平均直径在20um以下)、金属间化合物相细小弥散分布的烧结态样品，再进行固溶时效处理获得纳米尺寸分布的时效析出强化相，最终使合金的组织处于多相细小弥散分布状态，从而使其具有良好的综合机械性能，同时，合金的耐热性能明显超过现有的铸态铝铜镁银系耐热铝合金。
综上所述，本发明组分配比合理、生产工艺简单、可有效提高铝合金的总体强度和高温耐热性能；采用元素粉末法，通过球磨、压坯、真空热压烧结及固溶时效的方法，获得晶粒细小的粉末冶金耐热铝合金，使其性能满足中温结构材料对耐热铝合金的要求。拓展了铝合金在中、高温结构材料领域的应用。形成可实际工业应用的粉末冶金耐热铝合金及其制备方法。
具体实施方式：
根据本发明的特点，采用元素粉末进行配料设计铝铜镁银系合金，元素粉末通过球磨后室温压坯成型，然后在真空热压烧结炉中烧结处理获得高致密化的产品，烧结产品然后通过固溶时效处理。室温和高温抗压缩强度明显超过现有的铸态铝铜镁银系耐热铝合金。具体实施例说明如下：
实施例1
实验合金化学成分为：Al-7Cu-0.8Mg-0.4Ag(质量分数)，合金配料为200目铜粉、100目铝粉、100目镁粉、300目银粉。元素粉末通过氩气保护，在球磨机上以100转/分钟的速度球磨60h后过-50目筛，然后在室温下以200MPa的压力模压成型。压坯在真空热压烧结炉中热压烧结，真空度为0.1MPa，烧结温度为580℃，烧结时间为10h，烧结压力为15MPa。烧结后的试样在520℃固溶24h，淬入室温水中，然后在210℃进行人工时效处理4h。合金的室温最大抗压缩强度≥466MPa，300℃时的最大抗压缩强度≥232MPa。
实施例2
实验合金化学成分为：Al-4Cu-1.4Mg-1.2Ag-0.5Mn-0.25Zr-0.25Ti(质量分数)，合金配料为100目铜粉、250目铝粉、100目镁粉、200目银粉、100目锰粉、100目钛粉、100目锆粉。元素粉末通过氩气保护，在球磨机上以250转/分钟的速度球磨35h后过-50目筛，然后在室温下以300MPa的压力模压成型。压坯在真空热压烧结炉中热压烧结，真空度为0.01MPa，烧结温度为600℃，烧结时间为7h，烧结压力为20MPa。烧结后的试样在530℃固溶13h，淬入室温水中，然后在180℃进行人工时效处理22h。合金的室温最大抗压缩强度≥453MPa，300℃时的最大抗压缩强度≥229MPa。
实施例3
实验合金化学成分为：Al-4Cu-1.4Mg-1.2Ag-0.5Mn-0.5Zr-0.5Ti(质量分数)，合金配料为100目铜粉、300目铝粉、200目镁粉、100目银粉、100目锰粉、100目钛粉、100目锆粉。元素粉末通过氩气保护，在球磨机上以250转/分钟的速度球磨35h后过-50目筛，然后在室温下以300MPa的压力模压成型。压坯在真空热压烧结炉中热压烧结，真空度为0.01MPa，烧结温度为600℃，烧结时间为7h，烧结压力为20MPa。烧结后的试样在530℃固溶13h，淬入室温油中，然后在180℃进行人工时效处理22h。合金的室温最大抗压缩强度≥462MPa，300℃时的最大抗压缩强度≥241MPa。
实施例4
实验合金化学成分为：Al-10Cu-2.0Mg-2.0Ag-1.0Mn-1.0Zr-1.0Ti(质量分数)，合金配料为150目铜粉、200目铝粉、150目镁粉、150目银粉、150目锰粉、200目钛粉、200目锆粉。元素粉末通过氮气保护，在球磨机上以400转/分钟的速度球磨10h后过-50目筛，然后在室温下以400MPa的压力模压成型。压坯在真空热压烧结炉中热压烧结，真空度为0.001MPa，烧结温度为620℃，烧结时间为4h，烧结压力为25MPa。烧结后的试样在540℃固溶2h，淬入室温水中，然后在150℃进行人工时效处理40h。合金的室温最大抗压缩强度≥485MPa，300℃时的最大抗压缩强度≥253MPa。
对比例1
实验合金化学成分为：Al-4Cu-1.4Mg-1.2Ag-0.5Mn-0.25Zr-0.25Ti(质量分数)，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)在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，通过铁模浇铸成坯锭。坯锭在450℃均匀化处理24h后，在400℃采用采用挤压比为12进行热挤压，然后在525℃固溶15h，淬入室温水中，然后在180℃进行人工时效处理20h。合金的室温最大抗压缩强度为352MPa，300℃时的最大抗压缩强度为150MPa。
Claims (7)
1.一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金，由下述组分按重量百分组成：
Cu：4～10％，
Mg：0.8～2.0％，
Ag：0.4～2.0％，
余量为Al，各组分之和为100％。
2.一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金，由下述组分按重量百分组成：
Cu：4～10％，
Mg：0.8～2.0％，
Ag：0.4～2.0％，
Mn：0～1.0％，
Zr：0～1.0％，
Ti：0～1.0％，余量为Al，各组分之和为100％。
3.制备如权利要求1或2所述一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的方法，包括下述步骤：
第一步：配料、混合
按照合金成分，取Al、Cu、Mg、Ag或Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr、Ti元素粉末配料、球磨混合均匀；
第二步：制坯
将球磨后的复合粉末在室温下模压成型坯料；
第三步：烧结
将第二步所得坯料进行真空热压烧结，烧结温度为580～620℃，真空度为0.001～0.1Pa，烧结时所施加的压力为15～25MPa，烧结时间4～10h；
第四步：固溶、淬火、时效
将第三步所得烧结坯料固溶，固溶温度为：520～540℃，时间为2～24h，出炉室温水淬或油淬；淬火后，进行人工时效，时效温度：150～210℃，时效时间：4～40h。
4.根据权利要求3所述的一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述元素粉末粒度为：-100目～-300目。
5.根据权利要求3所述的一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述球磨，球磨机转速为：100～400转/分钟；球磨后过-50目筛。
6.根据权利要求3所述的一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述模压成型压力为：200～400MPa。
7.根据权利要求3所述的一种铝铜镁银系粉末冶金耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述真空热压烧结在真空热压烧结炉中进行。
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