CN107099710A - 一种铝铜合金及其铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝铜合金，属于铝铜合金技术领域，包括以下按重量百分数计的原料：Cu：5‑6％、Mn：0.3‑0.6％、Mg：0.05‑0.08％、Ti：0.15‑0.25％、V：0.1‑0.2％、Zr：0.05‑0.2％、B：0.01‑0.015％、Cd：0.15‑0.25％、Sc：0.02‑0.1％、Bi：0.1‑0.3％，余量为Al；本发明还公开了一种铝铜合金的制备方法；本发明具有较佳地抗拉强度和耐热性；而且铸造过程不易热烈、疏松、偏折等缺陷。

Description

一种铝铜合金及其铸造方法
技术领域
本发明涉及铝铜合金技术领域，具体的说，涉及了一种铝铜合金及其制备方法。
背景技术
随着材料技术的发展，铝合金不断壮大，铝和铝合金的用量已是仅次于钢铁的金属材料，铝铜合金具有良好的高温和超低温性能，而广泛应用于航空航天飞行器、轻型装甲以及汽车的某些零部件等民用领域。但目前铝铜合金焊接性能的研究较少，有待于进一步深入。
铝铜合金属于固溶型，其结晶间隔宽，铸造性能差，铸造过程中易出现热烈、疏松、偏折等缺陷。铝铜合金多用于带冷铁的砂型铸造，较少用于金属型铸造。但是，砂型铸造存在着严重的缺陷，即凝固时间长，晶粒粗大，力学性能低。成型性能差严重制约了铝铜合金的应用范围，为了克服这一致命弱点，人们从提高材料的铸造性能和开发材料新的成形技术两方面进行了大量的研究。
比如，在公开号为CN101205582A的专利文件中，公开了一种铝铜合金材料及其铸造、热处理工艺，它是采用纯铝、铝铜合金、铝镁合金和铝钛合金为原材料，经铸造、热处理制成，其组分的重量份为：纯铝75-88，铝铜合金6-12，铝镁合金2-7，铝钛合金4-8。该发明的铝铜合金材料具有较高的强度，优异的塑性，良好的流动性且具有良好热处理性、切削加工性和抛光性，铸造后不易出现砂眼、气孔、缩松。
又比如，在公开号为CN105441756A的专利文件中，公开了一种Fe-Be耐热铝铜合金及其制备方法，含Fe-Be耐热铝铜合金，其化学成分按照重量百分比为：Cu：6-7％，Mn：0.5-0.7％，Ni：0.5-0.7％，Cr：0.3-0.4％，Fe：0.3-0.4％，Be：0.3-0.4％，V：0.2-0.3％，Ti：0.15-0.25％，B：0.01-0.015％，Ce：2.5-3％，La：1.5-2％，余量为Al和不可避免的杂质。制备方法：(1)熔炼：加入铝铬中间合金，熔化降温，以中间合金形式加入其它合金和铝，加覆盖剂，恒温后加铝精炼剂；(2)浇铸；(3)进行固溶+时效处理。Fe-Be耐热铝铜合金，通过多元合金化、经热处理后显著提高了合金的室温、高温强度和高温持久性能。
但上述发明中的铝铜合金的性能仍能进一步加强。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种铝铜合金及其制备方法，具有较佳地抗拉强度和耐热性；而且铸造过程不易热烈、疏松、偏折等缺陷。
本发明提供的一种铝铜合金，包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：5-6％、Mn：0.3-0.6％、Mg：0.05-0.08％、Ti：0.15-0.25％、V：0.1-0.2％、Zr：0.05-0.2％、B：0.01-0.015％、Cd：0.15-0.25％、Sc：0.02-0.1％、Bi：0.1-0.3％，余量为Al。
作为优选，Al的含铝量≥99％。
作为优选，铝铜合金包括以下按重量百分数计的原料：Cu：4.4％、Mn：0.3％、Mg：0.07％、Ti：0.20％、V：0.15％、Zr：0.18％、B：0.012％、Cd：0.2％、Sc：0.07％、Bi：0.24％，余量为Al。
本发明还提供了一种铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在720-740℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼3-4min，扒渣后静置5-10min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：500-520℃；保温10h，采用80-90℃淬火；时效处理：170-180℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
其中，
精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅10-20％、偏铝酸钠5-15％、氟硅酸钠2-10％、六氟钛酸钠5-10％、二氧化钒10-20％、碳酸钠45-60％。
精炼剂所占比例为0.33％。
步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌2-3min。
步骤(2)中的温度控制在700-710℃。
本发明的一种铝铜合金及其制备方法，具有较佳地抗拉强度和耐热性；而且铸造过程不易热烈、疏松、偏折等缺陷，具体的有益效果如下：
(1)、铝铜合金在室温和高温下，随之铜的含量提高，合金的强度增加，铜能改善合金的焊接性；Mn能提高合金的耐热性能，能减少和合金的蠕变量，降低蠕变速率，降低合金焊接时的裂纹倾向；Ti能细化合金的铸态晶粒，增加晶粒接触面积；
(2)、V能降低合金的热裂倾向；Zr能细化晶粒，提高合金的再结晶温度和固溶体的稳定性，提高合金的耐热性；B的加入有利于合金的加工，增加塑性；Cd能提高合金的抗拉强度和耐磨性；Sc能提高合金的抗拉强度和屈服强度；Bi能改善合金的铸造性能；
(3)、本发明各原料对应比例的混合，能有效地提高合金的抗拉强度、耐热性；而且铸造过程不易热烈、疏松、偏折等缺陷。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
本实施例的一种铝铜合金，包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：5％、Mn：0.3％、Mg：0.05％、Ti：0.15％、V：0.1％、Zr：0.05％、B：0.01％、Cd：0.15％、Sc：0.02％、Bi：0.1％，余量为Al。
本实施例中，Al的含铝量≥99％。
本实施例还提供了一种铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在720℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼3-4min，扒渣后静置5min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：500℃；保温10h，采用80℃淬火；时效处理：170℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
其中，
精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅10％、偏铝酸钠5％、氟硅酸钠2％、六氟钛酸钠5％、二氧化钒10％、碳酸钠45％。
精炼剂所占比例为0.33％。
步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌2min。
步骤(2)中的温度控制在700℃。
实施例2
本实施例的一种铝铜合金，包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：5.5％、Mn：0.3％、Mg：0.07％、Ti：0.20％、V：0.15％、Zr：0.18％、B：0.012％、Cd：0.2％、Sc：0.07％、Bi：0.24％，余量为Al。
本实施例中，Al的含铝量≥99％。
本实施例还提供了一种铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在730℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼3.5min，扒渣后静置8min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：510℃；保温10h，采用85℃淬火；时效处理：175℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
其中，
精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅15％、偏铝酸钠10％、氟硅酸钠6％、六氟钛酸钠8％、二氧化钒15％、碳酸钠50％。
精炼剂所占比例为0.33％。
步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌2.5min。
步骤(2)中的温度控制在705℃。
实施例3
本实施例的一种铝铜合金，包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：6％、Mn：0.6％、Mg：0.08％、Ti：0.25％、V：0.2％、Zr：0.2％、B：0.015％、Cd：0.25％、Sc：0.1％、Bi：0.3％，余量为Al。
本实施例中，Al的含铝量≥99％。
本实施例还提供了一种铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在740℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼4min，扒渣后静置10min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：520℃；保温10h，采用80-90℃淬火；时效处理：180℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
其中，
精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅20％、偏铝酸钠15％、氟硅酸钠10％、六氟钛酸钠10％、二氧化钒20％、碳酸钠60％。
精炼剂所占比例为0.33％。
步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌3min。
步骤(2)中的温度控制在710℃。
实施例4
一种铝铜合金，包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：6％、Mn：0.4％、Mg：0.06％、Ti：0.1％、V：0.2％、Zr：0.2％、B：0.013％、Cd：0.2、Sc：0.08％、Bi：0.3％，余量为Al。
本实施例中，Al的含铝量≥99％。
本实施例还提供了一种铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在740℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼3min，扒渣后静置5min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：510℃；保温10h，采用80℃淬火；时效处理：175℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
其中，
精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅20％、偏铝酸钠15％、氟硅酸钠2％、六氟钛酸钠8％、二氧化钒15％、碳酸钠55％。
精炼剂所占比例为0.33％。
步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌3min。
步骤(2)中的温度控制在700℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铝铜合金，其特征在于：包括以下按重量百分数计的原料：
Cu：5-6％、Mn：0.3-0.6％、Mg：0.05-0.08％、Ti：0.15-0.25％、V：0.1-0.2％、Zr：0.05-0.2％、B：0.01-0.015％、Cd：0.15-0.25％、Sc：0.02-0.1％、Bi：0.1-0.3％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的铝铜合金，其特征在于：Al的含铝量≥99％。
3.根据权利要求1所述的铝铜合金，其特征在于：铝铜合金包括以下按重量百分数计的原料：Cu：4.4％、Mn：0.3％、Mg：0.07％、Ti：0.20％、V：0.15％、Zr：0.18％、B：0.012％、Cd：0.2％、Sc：0.07％、Bi：0.24％，余量为Al。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种铝铜合金的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、将配置好的Al-Cu-Mg、Al-Mn、Al-V、Al-Zr、Al-Ti-B、Al-Cd、等中间合金和Al投入熔炼炉，并加入稀土Bi、Sc进行搅拌，搅拌均匀后在720-740℃下进行熔炼；
(2)、加入精炼剂，精炼3-4min，扒渣后静置5-10min，浇入金属模具中；
(3)、将上述得到的铝铜合金材料进行热处理，固溶处理：500-520℃；保温10h，采用80-90℃淬火；时效处理：170-180℃；保温4h；
(4)、将热处理后材料加工成所需尺寸，分别进行室温拉伸和高温拉伸。
5.根据权利要求4所述的铝铜合金的铸造方法，其特征在于：精炼剂包括以下按重量百分数计的原料：二氧化硅10-20％、偏铝酸钠5-15％、氟硅酸钠2-10％、六氟钛酸钠5-10％、二氧化钒10-20％、碳酸钠45-60％。
6.根据权利要求4所述的铝铜合金的铸造方法，其特征在于：精炼剂所占比例为0.33％。
7.根据权利要求4所述的铝铜合金的铸造方法，其特征在于：步骤(1)中熔炼后将温度升高至750℃，搅拌2-3min。
8.根据权利要求4所述的铝铜合金的铸造方法，其特征在于：步骤(2)中的温度控制在700-710℃。
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