CN102828087A - 一种Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其成分及重量百分比为：Cu：1.2-4.0％；Mn：1.0-1.4％；Cd：0.46-0.49％；Ti：0.42-0.48％；B：0.02-0.05％；Zr：0.3-0.45％；Cr：0.1-0.3％；Be：0.006-0.01％；稀土元素RE：0.5-0.9％；其余为Al。本发明所述Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料具有强度高，耐热性好，热裂倾向小、延伸率高、成本低的特点。

Description

一种Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，特别涉及一种高强耐热铝合金材料。
背景技术
随着国民经济和国防现代化建设的发展，铝合金作为轻质材料在各个领域中的应用范围越来越广，特别是在航空航天、船舰、石油化工、交通运输、电力、电子、建筑等领域，对铝合金材料具有高强耐热性能的需求越来越迫切。世界上铝合金主要有Al-Cu、Al-Si、Al-Mg等几个系列，其中Al-Cu系合金由于具有密度小、比强度高等特点，同时还具有良好的切削加工性能和耐热性能，主要用作承受较大载荷的结构件和耐热零件。以上几种系列的合金中，大部分的强度都低于400MPa，在250℃以上的高温条件下，瞬时强度一般都低于200Mpa，持久强度低于100MPa。
其中Al-Cu系中的几个牌号的铝合金强度大于400MPa，但该系合金的铸造性能差。已公开的文献“Sc在铝合金中的微合金化作用机理”中，描述了微量Sc在铝铜系合金中的作用，Sc具有固溶-沉淀强化、弥散强化及晶界强化作用，可抑制高强度铝铜合金的热裂倾向的作用，提高铝合金的耐腐蚀性能；但将钪加入热处理可强化的铝铜合金中，在临界成分下生成W相，对合金的综合性能有损害作用，且钪属于贵重金属，Al-Cu-Sc系铝合金制造成本高。
目前研制的几种2XXX系铝合金材料中，添加了多种微合金化元素及稀土元素，微合金化元素如：Mn、Zr、Cd、Ti、Cr等，此种铝合金具有较高的抗拉强度和延伸率，但此类铝合金存在的缺陷为铝合金材料的热裂倾向大，铸造性能差。
由此，研制出一种具有高强耐热、热裂倾向小、延展率高、成本低等特点的铝合金材料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，该铝合金材料具有强度高，耐热性好，热裂倾向小、延展率高、成本低的特点。
本发明的技术方案是：
Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料的成分及重量百分比如下：
Cu：1.2-4.0％；Mn：1.0-1.4％；Cd：0.46-0.49％；Ti：0.42-0.48％；B：0.02-0.05％；Zr：0.3-0.45％；Cr：0.1-0.3％；Be：0.006-0.01％；稀土元素RE：0.5-0.9％；其余为Al。
进一步地，所述稀土元素RE包括La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或一种以上的混合稀土元素。
进一步地，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：1.2-1.5％；Mn：1.2-1.4％；Cd：0.46-0.48％；Ti：0.43-0.48％；B：0.02-0.04％；Zr：0.3-0.42％；Cr：0.25-0.3％；Be：0.007-0.01％；稀土元素RE：0.5-0.6％；其余为Al。
进一步地，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：2.0-2.5％；Mn：1.1-1.3％；Cd：0.465-0.47％；Ti：0.44-0.45％；B：0.03-0.05％；Zr：0.35-0.4％；Cr：0.15-0.2％；Be：0.008-0.009％；稀土元素RE：0.65-0.7％；其余为Al。
进一步地，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：3-3.5％；Mn：1.25-1.35％；Cd：0.472-0.475％；Ti：0.46-0.47％；B：0.04-0.05％；Zr：0.33-0.37％；Cr：0.18-0.22％；Be：0.007-0.01％；稀土元素RE：0.75-0.8％；其余为Al。
进一步地，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：2.0-3.8％；Mn：1.15-1.3％；Cd：0.47-0.485％；Ti：0.44-0.455％；B：0.02-0.05％；Zr：0.4-0.44％；Cr：0.2-0.28％；Be：0.007-0.008％；稀土元素RE：0.65-0.85％；其余为Al。
本发明提供的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，以Cu、Mn、稀土元素为主要的合金元素，以Cd、Ti、B、Zr、Cr、Be为多元微合金元素，具有以下优点：
1、高强耐热性：本发明铝合金材料选用Cu的范围为1.2-4.0％，稀土元素的范围为0.5-0.9％，使Cu和稀土素成比例加入，在不降低常温强度的条件下，改善合金的高温性能；同时添加了Mn元素，Mn具有提高再结晶温度、细化再结晶晶粒的作用，使铝合金基体和晶界同时得到强化，从而具有优良的高温和常温综合机械性能。
2、减少热裂倾向：合金中Cu含量大，形成富Cu相，富Cu相作为高熔点细晶弥散相以金属化合物形态弥散分布于晶界，在熔体结晶时有效抵消了晶粒内富Cu溶质因过饱和度急剧升高而形成的向晶界扩散的强烈倾向，从而减缓了结晶时的结构应力，减少了铝合金材料的热裂倾向，使铝合金铸造性能好。
3、延伸率高：合金材料中加入了Cd、Ti、B、Zr、Cr、Be微合金元素，晶界上富Cu相与微合金元素的多种弥散相，都具有细化晶粒的作用；稀土元素集中分布在晶界面上，阻碍晶界移动，使形成临界尺寸晶核的形核功减少，结晶核数量增加，从而使晶粒细化，提高延伸率，加工性能良好。
4、制造成本低：本发明所述铝合金材料不添加贵重金属元素，铝合金的制造成本低。
本发明所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，室温条件下抗拉强度为510-535MPa，在250℃的高温条件下的强度大于300MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度大于200MPa；延伸率为5-7％。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
合金材料的组分及含量如下(总重量以1000g计)：
实施例1
Figure BDA0000068266410000031
Figure BDA0000068266410000041
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为510MPa，在250℃的高温条件下的强度为300MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为200MPa；延伸率为5％。
实施例2
Figure BDA0000068266410000042
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为515MPa，在250℃的高温条件下的强度为305MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为203MPa；延伸率为5.2％。
实施例3
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为518MPa，在250℃的高温条件下的强度为308MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为208MPa；延伸率为5.5％。
实施例4
Figure BDA0000068266410000051
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为520MPa，在250℃的高温条件下的强度为306MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为205MPa；延伸率为5.8％。
实施例5
Figure BDA0000068266410000052
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为525MPa，在250℃的高温条件下的强度为307MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为210MPa；延伸率为6％。
实施例6
Figure BDA0000068266410000053
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为528MPa，在250℃的高温条件下的强度为310MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为210MPa；延伸率为6.5％。
实施例7
Figure BDA0000068266410000061
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为530MPa，在250℃的高温条件下的强度为310MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为209MPa；延伸率为6.8％。
实施例8
本实施例的铝合金材料，室温条件下抗拉强度为535MPa，在250℃的高温条件下的强度为312MPa，在300℃的条件下，高温抗拉强度为212MPa；延伸率为7％。

Claims (6)

1.一种Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是其成分及重量百分比如下：
Cu：1.2-4.0％；Mn：1.0-1.4％；Cd：0.46-0.49％；Ti：0.42-0.48％；B：0.02-0.05％；Zr：0.3-0.45％；Cr：0.1-0.3％；Be：0.006-0.01％；稀土元素RE：0.5-0.9％；其余为Al。
2.根据权利要求1所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是，所述稀土元素RE包括La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或一种以上的混合稀土元素。
3.根据权利要求1所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：1.2-1.5％；Mn：1.2-1.4％；Cd：0.46-0.48％；Ti：0.43-0.48％；B：0.02-0.04％；Zr：0.3-0.42％；Cr：0.25-0.3％；Be：0.007-0.01％；稀土元素RE：0.5-0.6％；其余为Al。
4.根据权利要求1所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：2.0-2.5％；Mn：1.1-1.3％；Cd：0.465-0.47％；Ti：0.44-0.45％；B：0.03-0.05％；Zr：0.35-0.4％；Cr：0.15-0.2％；Be：0.008-0.009％；稀土元素RE：0.65-0.7％；其余为Al。
5.根据权利要求1所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：3-3.5％；Mn：1.25-1.35％；Cd：0.472-0.475％；Ti：0.46-0.47％；B：0.04-0.05％；Zr：0.33-0.37％；Cr：0.18-0.22％；Be：0.007-0.01％；稀土元素RE：0.75-0.8％；其余为Al。
6.根据权利要求1所述的Be-Cr-RE高强耐热铝合金材料，其特征是，所述铝合金材料的成分及其含量为Cu：2.0-3.8％；Mn：1.15-1.3％；Cd：0.47-0.485％；Ti：0.44-0.455％；B：0.02-0.05％；Zr：0.4-0.44％；Cr：0.2-0.28％；Be：0.007-0.008％；稀土元素RE：0.65-0.85％；其余为Al。
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