CN102828078A - 一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法，该种铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.6-6.9％，Mn：0.65-0.69％，Cd：0.41-0.44％，Ti：0.05-0.33％，C：1.1-1.4％，Zr：0.85-0.95％，Cr：0.85-0.95％，Nb：0.85-0.95％，稀土元素：1.2-1.8％，余量为Al。本发明实施例在普铝中引入合金元素和稀土元素，以常见的原料加工获得高强耐热、铸造性能好的铝合金材料。

Description

一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法。
背景技术
随着中国和世界铝产量通涨，各厂家在铝合金中加入多种合金化元素，分别起到固溶强化、弥散强化、晶界强化和表面稳定化等作用，使得铝合金在高温下可保持优异的力学性能。
铝合金熔炼的核心环节是高质化处理，包括纯净化和结构细化均匀化。结构细化均匀化通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法沟槽铝合金熔体及固溶体的基本单元——结晶体的体积尽可能小，分布尽可能均匀。
变质处理添加剂又称为变质剂，需要具备化学性质稳定、熔点高、晶格尺寸与铝相适应等性质，目前，常用的变质剂多为钛、硼、稀土化合物等，在铝合金领域，变质剂多为粉末状的碱金属卤化物复合盐，这种变质剂在Al-Si系铝合金中有较好的变质效果，但在Al-Cu系铝合金中变质效果不佳。
目前，可耐高温的Al-Cu系铝合金(ZL 201A、ZL 204A、ZL 205A)大多采用精铝为原料，加入Sc、Ag等贵重金属，导致该系铝合金虽然具有高强韧性，但成本过高，只能用于航空航天、国防军工等尖端领域，无法推广。
另外，北京航空材料研究所研制的ZL205A合金的抗拉强度为510MPa，是目前已有注册牌号的铸造铝合金材料强度最高的；但该合金铸造性能差，表现为热裂倾向大、流动性差；并且抗腐蚀性能低，因此，该系列合金的铸造成品率相当低。
发明内容
本发明实施例提供了一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法，在普铝中引入合金元素和稀土元素，以常见的原料加工获得高强耐热、铸造性能好的铝合金材料。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种以C变质的Cr-Nb铝合金，铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.6-6.9％，Mn：0.65-0.69％，Cd：0.41-0.44％，Ti：0.05-0.33％，C：1.1-1.4％，Zr：0.85-0.95％，Cr：0.85-0.95％，Nb：0.85-0.95％，稀土元素：1.2-1.8％，余量为Al。
优选地，铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.7-6.8％，Mn：0.66-0.68％，Cd：0.42-0.43％，Ti：0.1-0.28％，C：1.12-1.35％，Zr：0.86-0.93％，Cr：0.87-0.92％，Nb：0.85-0.93％，稀土元素：1.3-1.7％，余量为Al。
优选地，铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.7-6.8％，Mn：0.66-0.67％，Cd：0.42-0.43％，Ti：0.14-0.25％，C：1.14-1.30％，Zr：0.88-0.92％，Cr：0.88-0.91％，Nb：0.86-0.92％，稀土元素：1.4-1.6％，余量为Al。
优选地，C的重量百分比为：1.17-1.28％。
优选地，Nb的重量百分比为：0.87-0.91％。
优选地，Cr的重量百分比为：0.89-0.90％。
优选地，稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中的任意一种。
优选地，稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中任意两种或两种以上的混合物。
本发明还提供一种上述的以C变质的Cr-Nb铝合金制备方法，包括以下步骤：
A、在熔炼炉中加热适量的铝，在700-850℃下保温；
B、按比例加入Mn、Ti、Zr、Cr、Nb金属，搅拌均匀后加入Cu、Cd金属，再加入C和稀土元素，搅拌均匀。
优选地，加入C和稀土元素后，在熔炼炉中加入精炼剂，搅拌均匀。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、强度高：本发明实施例的铝合金成分中，稀土元素含量高，充分发挥其净化、细化晶粒和变质作用；Cu与Mn配合形成高温强化相，Cr、Nb与Al基分别形成多种高温强化相，显著提高合金的高温强度；Ti、Zr作为细化剂，提高熔体流动性；碳化物的晶格接近于铝固溶体的晶格常数，且可稳定存在，提高合金的组织分散度；由此，经反复试验验证，本发明实施例制得的铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到500～550Mpa；
2、易加工：Ti、Zr、C及稀土元素的加入极大地细化了铝合金的晶粒，使得本发明实施例制得的铝合金具备良好的材料流动性和晶间自润滑性，解决了合金强度与可铸性之间的矛盾，加工性好；本发明实施例制得的铝合金加工为箔材、管材、型材等成品，表面光反射率高于普铝，成品率高；
3、降成本：相对目前该种强度和硬度的铝合金所需的精铝和贵重元素，本发明实施例所采用的普铝(铝液、铝锭)和合金元素，可降低成本30％以上。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例通过采用普铝、合金元素和稀土元素，以相对低廉的成本得到高强耐热、铸造性能好的铝合金材料。
本发明实施例所用Al均为普铝，其中可能含有0.01-0.4％左右的Si、Fe等杂质，不影响本发明实施例的实现。
以下为具体实施例。
实施例一、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   Ce、Pr Al 合计
  质量   66   6.5   4.1   2.8   9   9.4   8.9   11.5   14   867.8   1000
  比例   6.60   0.65   0.41   0.28   0.90   0.94   0.89   1.15   1.40   86.78   100
制备方法步骤如下：
1、在熔炼炉中加热适量的铝，在700-850℃下保温；
2、按上表比例加入Mn、Ti、Zr、Cr、Nb金属，搅拌均匀后加入Cu、Cd金属，再加入C和稀土元素，搅拌均匀。
可在加入C和稀土元素后，在熔炼炉中加入精炼剂，搅拌均匀。精炼剂可为氯气、六氯乙烷、氯化锰中的任意一种。
以下实施例的制备步骤与实施例一相同，不再赘述。
实施例一制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到503Mpa。
实施例二、
合金各元素比例如下表所示：
  元素   Cu   Mn   Cd   Ti   Zr   Cr   Nb   C   Er   Al   合计
  质量   66   6.5   4.1   2.8   9   9.4   9   11.5   14   867.7   1000
  比例   6.60   0.65   0.41   0.28   0.90   0.94   0.90   1.15   1.40   86.77   100
实施例二制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到521Mpa。
实施例三、
合金各元素比例如下表所示：
Figure BDA0000068266340000041
实施例三制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到515Mpa。
实施例四、
合金各元素比例如下表所示：
  元素   Cu   Mn   Cd   Ti   Zr   Cr   Nb   C   Y   Al   合计
  质量   66.6   6.8   4.4   0.5   9.3   8.6   9.2   13   12   869.6   1000
  比例   6.66   0.68   0.44   0.05   0.93   0.86   0.92   1.30   1.20   86.96   100
实施例四制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到518Mpa。
实施例五、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   La、Er Al 合计
  质量   66.8   6.9   4.1   3   9.4   8.7   9.3   13.5   15   863.3   1000
  比例   6.68   0.69   0.41   0.30   0.94   0.87   0.93   1.35   1.50   86.33   100
实施例五制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到524Mpa。
实施例六、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   La、Nd Al 合计
  质量   67   6.5   4.2   1.2   9.5   8.8   9.4   14   13   866.4   1000
  比例   6.70   0.65   0.42   0.12   0.95   0.88   0.94   1.40   1.30   86.64   100
实施例六制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到517Mpa。
实施例七、
合金各元素比例如下表所示：
Figure BDA0000068266340000061
实施例七制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到510Mpa。
实施例八、
合金各元素比例如下表所示：
Figure BDA0000068266340000062
实施例八制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到531Mpa。
实施例九、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   La、Ce Al 合计
  质量   67.6   6.8   4.1   2.1   8.7   9.1   8.6   11.7   14.5   866.8   1000
  比例   6.76   0.68   0.41   0.21   0.87   0.91   0.86   1.17   1.45   86.68   100
实施例九制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到529Mpa。
实施例十、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   La、Eu Al 合计
  质量   67.8   6.9   4.2   1   8.8   9.2   9.5   12.8   12.5   867.3   1000
  比例   6.78   0.69   0.42   0.10   0.88   0.92   0.95   1.28   1.25   86.73   100
实施例十制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到539Mpa。
实施例十一、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   La、Pr Al 合计
  质量   68   6.5   4.3   2.7   8.9   9.3   8.5   12.4   16.5   862.9   1000
  比例   6.80   0.65   0.43   0.27   0.89   0.93   0.85   1.24   1.65   86.29   100
实施例十一制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到543Mpa。
实施例十二、
合金各元素比例如下表所示：
  元素   Cu   Mn   Cd   Ti   Zr   Cr   Nb   C   Ce   Al   合计
  质量   68.2   6.6   4.4   2   9   9.4   8.6   13.2   15.5   863.1   1000
  比例   6.82   0.66   0.44   0.20   0.90   0.94   0.86   1.32   1.55   86.31   100
实施例十二制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到547Mpa。
实施例十三、
合金各元素比例如下表所示：
  元素   Cu   Mn   Cd   Ti   Zr   Cr   Nb   C   La   Al   合计
  质量   68.4   6.7   4.1   1.5   8.7   8.8   8.7   13.7   17.5   861.9   1000
  比例   6.84   0.67   0.41   0.15   0.87   0.88   0.87   1.37   1.75   86.19   100
实施例十三制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到526Mpa。
实施例十四、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   Pr、Er Al 合计
  质量   68.6   6.8   4.2   3.3   9.3   9.1   8.8   11.4   15.3   863.2   1000
  比例   6.86   0.68   0.42   0.33   0.93   0.91   0.88   1.14   1.53   86.32   100
实施例十四制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到533Mpa。
实施例十五、
合金各元素比例如下表所示：
元素 Cu Mn Cd Ti Zr Cr Nb C   Ce、Nd Al 合计
  质量   69   6.9   4.3   1.4   8.5   8.6   9.2   12.6   16.4   863.1   1000
  比例   6.90   0.69   0.43   0.14   0.85   0.86   0.92   1.26   1.64   86.31   100
实施例十五制得的试样铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到542Mpa。
以上对本发明实施例提供的一种以C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上可知，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种以C变质的Cr-Nb铝合金，其特征在于，所述铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.6-6.9％，Mn：0.65-0.69％，Cd：0.41-0.44％，Ti：0.05-0.33％，C：1.1-1.4％，Zr：0.85-0.95％，Cr：0.85-0.95％，Nb：0.85-0.95％，稀土元素：1.2-1.8％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种以C变质的Cr-Nb铝合金，其特征在于，所述铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.7-6.8％，Mn：0.66-0.68％，Cd：0.42-0.43％，Ti：0.1-0.28％，C：1.12-1.35％，Zr：0.86-0.93％，Cr：0.87-0.92％，Nb：0.85-0.93％，稀土元素：1.3-1.7％，余量为Al。
3.根据权利要求2所述的一种以C变质的Cr-Nb铝合金，其特征在于，所述铝合金各成分的重量百分比为：Cu：6.7-6.8％，Mn：0.66-0.67％，Cd：0.42-0.43％，Ti：0.14-0.25％，C：1.14-1.30％，Zr：0.88-0.92％，Cr：0.88-0.91％，Nb：0.86-0.92％，稀土元素：1.4-1.6％，余量为Al。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种以C变质的Nb-Cr铝合金，其特征在于，C的重量百分比为：1.17-1.28％。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种以C变质的Nb-Cr铝合金，其特征在于，Nb的重量百分比为：0.87-0.91％。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种以C变质的Nb-Cr铝合金，其特征在于，Cr的重量百分比为：0.89-0.90％。
7.根据权利要求1所述的一种以C变质的Cr-Nb铝合金，其特征在于，所述稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种以C变质的Cr-Nb铝合金，其特征在于，所述稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中任意两种或两种以上的混合物。
9.一种如权利要求1所述的以C变质的Cr-Nb铝合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在熔炼炉中加热适量的铝，在700-850℃下保温；
B、按比例加入Mn、Ti、Zr、Cr、Nb金属，搅拌均匀后加入Cu、Cd金属，再加入C和稀土元素，搅拌均匀。
10.根据权利要求9所述的以C变质的Cr-Nb铝合金制备方法，其特征在于，加入C和稀土元素后，在熔炼炉中加入精炼剂，搅拌均匀。
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