CN108504913A - 一种高伸长率的强韧铸造铝合金 - Google Patents

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Abstract

一种高伸长率的强韧铸造铝合金，其成分按质量百分比含Cu 4.0％～6.0％、Mn 0.2％～1.2％、Ti 0.05％～0.50％、Cd 0.01％～0.30％、V 0.01％～0.40％、Zr 0.01％～0.30％、B 0.005％～0.20％，余量为Al，其抗拉强度≥442 MPa，伸长率≥19.0％。本发明的高伸长率的强韧铸造铝合金可广泛应用于航空航天、汽车、武器装备等领域。

Description

一种高伸长率的强韧铸造铝合金
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种高伸长率的强韧铸造铝合金。
背景技术
铝合金作为传统的金属结构材料，具有密度小、比强度高等优点，广泛地应用于航空航天、汽车、武器装备等领域，且随着高性能航空航天飞行器及铸造新技术的发展，对高伸长率铝合金材料的需求日益迫切，要求在保证强度的前提下尽量提高伸长率，伸长率是衡量金属材料塑性的指标，是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力；伸长率越高，表面金属材料的塑性越好。铸件的伸长率越高，表明其塑性越好，意味着航空航天产品的安全性好。
因此，航空航天、武器装备领域急需一种适用于砂型铸造、金属型铸造和低压铸造的高伸长率铸造铝合金。
发明内容
本发明的目的是提供一种高伸长率的强韧铸造铝合金，在保证已有强度的基础上，解决现有铝合金材料伸长率较低的问题。
本发明的技术方案为:高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu4.0％～6.0％、Mn 0.2％～1.2％、Ti 0.05％～0.50％、Cd 0.01％～0.30％、V 0.01％～0.40％、Zr 0.01％～0.30％、B 0.005％～0.20％，余量为Al，其抗拉强度≥442 MPa，伸长率≥19.0％。
本发明的高伸长率的强韧铸造铝合金的制备方法包括以下步骤：
1、按上述成分准备铝锭、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和金属镉作为原料；
2、将铝锭加热熔化并升温至700～740℃，形成铝熔体；
3、向铝熔体中加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉，在700～740℃搅拌10～30 min，使全部合金熔化后，形成合金熔体；
4、控制合金熔体的温度在715～735℃，然后加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金；在715～735℃搅拌10～30 min，使全部合金熔化后，形成二次合金熔体；
5、将二次合金熔体的温度降至710～730℃，然后进行精炼，精炼时间为10～30 min；精炼结束后静置10～30 min；回温至710～730℃进行浇注，获得铸件；
6、将铸件在540±5℃固溶处理8～16 h，然后用50～80℃温水水淬，再在160±5℃时效处理6～10 h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
上述方法中，精炼是加入精炼剂C2Cl6进行精炼，或喷吹氩气进行精炼；当加入精炼剂进行精炼时，精炼剂的加入量为二次合金熔体总质量的0.3％～0.8％；当喷吹氩气进行精炼时，氩气的流速为2～8 L/min。
上述方法中，浇注时的模具采用砂型或金属型；所属的金属型材质为HT250。
上述方法中，精炼结束后静置时不进行保温，静置结束后重新加热。
上述方法中，水淬至铸件与温水的温度相同。
本发明通过在Al-Cu系铝合金中添加Cd、V、Zr、B等元素，显著提高的铝合金的塑性（伸长率），得到了一种具有拉伸强度良好的强韧铝合金；Cd、V、Zr、B等元素的加入，还改善了铝合金铸件的偏析缺陷；经T5热处理后，伸长率达19.0％以上。
具体实施方式
使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 4.0％、Mn 1.2％、Ti 0.05％、Cd 0.30％、V 0.01％、Zr 0.30％、B 0.005％，余量为Al，其抗拉强度443MPa，伸长率22.0％；
制备方法为：
按上述成分准备铝锭、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和金属镉作为原料；
将铝锭加热熔化并升温至700℃，形成铝熔体；
向铝熔体中加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉，在700℃搅拌30 min，使全部合金熔化后，形成合金熔体；
控制合金熔体的温度在715℃，然后加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金；在715℃搅拌30 min，使全部合金熔化后，形成二次合金熔体；
将二次合金熔体的温度降至710℃，然后进行精炼，精炼时间为30 min；精炼结束后静置30 min；回温至710℃进行浇注，获得铸件；浇注时的模具采用砂型；精炼是加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼剂的加入量为二次合金熔体总质量的0.5％；
将铸件在540±5℃固溶处理8h，然后用50℃温水水淬，再在160±5℃时效处理6h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点在于：
（1）高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 6.0％、Mn 0.2％、Ti0.50％、Cd 0.01％、V 0.40％、Zr 0.01％、B 0.20％，余量为Al，其抗拉强度445MPa，伸长率19.0％；
（2）将铝锭加热熔化并升温至740℃，形成铝熔体；
（3）加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉后在740℃搅拌10min；
（4）在735℃加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金，搅拌10min；
（5）温度降至730℃精炼，时间10 min；精炼后静置10min；回温至730℃进行浇注；精炼剂的加入量为二次合金熔体总质量的0.3％；
（6）铸件在540±5℃固溶处理10h，用60℃温水水淬，再在160±5℃时效处理7h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点在于：
（1）高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 5.0％、Mn 0.8％、Ti0.22％、Cd 0.13％、V 0.21％、Zr 0.19％、B 0.10％，余量为Al，其抗拉强度442MPa，伸长率24.0％；
（2）将铝锭加热熔化并升温至730℃，形成铝熔体；
（3）加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉后在730℃搅拌15min；
（4）在730℃加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金，搅拌25min；
（5）温度降至720℃精炼，时间20 min；精炼后静置20 min；回温至720℃进行浇注；精炼剂的加入量为二次合金熔体总质量的0.8％；
（6）铸件在540±5℃固溶处理12h，用70℃温水水淬，再在160±5℃时效处理8h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点在于：
（1）高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 4.5％、Mn 0.4％、Ti0.37％、Cd 0.11％、V 0.26％、Zr 0.09％、B 0.12％，余量为Al，其抗拉强度444 MPa，伸长率20.0％；
（2）将铝锭加热熔化并升温至720℃，形成铝熔体；
（3）加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉后在720℃搅拌20min；
（4）在725℃加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金，搅拌20 min；
（5）温度降至725℃精炼，时间15min；精炼后静置15min；回温至725℃进行浇注，模具采用金属型，金属型材质为HT250；精炼是喷吹氩气进行精炼；氩气的流速为2L/min；
（6）铸件在540±5℃固溶处理14h，用80℃温水水淬，再在160±5℃时效处理9h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
实施例5
本实施例与实施例1的不同点在于：
（1）高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 5.5％、Mn 1.0％、Ti0.14％、Cd 0.25％、V 0.09％、Zr 0.18％、B 0.03％，余量为Al，其抗拉强度443MPa，伸长率21.0％；
（2）将铝锭加热熔化并升温至710℃，形成铝熔体；
（3）加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉后在710℃搅拌25min；
（4）在720℃加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金，搅拌15min；
（5）温度降至715℃精炼，时间25min；精炼后静置25min；回温至715℃进行浇注，模具采用金属型，金属型材质为HT250；精炼是喷吹氩气进行精炼；氩气的流速为5L/min；
（6）铸件在540±5℃固溶处理16 h，用55℃温水水淬，再在160±5℃时效处理10 h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
实施例6
本实施例与实施例1的不同点在于：
（1）高伸长率的强韧铸造铝合金的成分按质量百分比含Cu 4.8％、Mn 0.9％、Ti0.33％、Cd 0.05％、V 0.17％、Zr 0.10％、B 0.16％，余量为Al，其抗拉强度444MPa，伸长率23.0％；
（2）将铝锭加热熔化并升温至725℃，形成铝熔体；
（3）加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉后在725℃搅拌15min；
（4）在720℃加入Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和Al-Zr中间合金，搅拌20 min；
（5）温度降至720℃精炼，时间20 min；精炼后静置20 min；回温至720℃进行浇注，模具采用金属型，金属型材质为HT250；精炼是喷吹氩气进行精炼；氩气的流速为8 L/min；
（6）铸件在540±5℃固溶处理13h，用75℃温水水淬，再在160±5℃时效处理8.5h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
采用传统的同种铸造铝合金产品进行对比，如申请号为201310296223.2、201310581911.3、201310581917.0或201610785147.5，其伸长率分别在6％～10％、5.8％～6.8％、5.8％～6.8％或≥5.5％，同时抗拉强度分别为420～480MPa、440～470MPa、440～470MPa或≥315MPa，与本发明方案相比，抗拉强度接近或较低，但本发明的伸长率远高于各传统方案。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种高伸长率的强韧铸造铝合金，其特征在于,成分按质量百分比含Cu 4.0％～6.0％、Mn 0.2％～1.2％、Ti 0.05％～0.50％、Cd 0.01％～0.30％、V 0.01％～0.40％、Zr0.01％～0.30％、B 0.005％～0.20％，余量为Al，其抗拉强度≥442 MPa，伸长率≥19.0％。
2.一种如权利要求1所述的高伸长率的强韧铸造铝合金的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
（1）按上述成分准备铝锭、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-B中间合金和金属镉作为原料；
（2）将铝锭加热熔化并升温至700～740℃，形成铝熔体；
（3）向铝熔体中加入Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Cu中间合金和金属镉，在700～740℃搅拌10～30 min，使全部合金熔化后，形成合金熔体；
（4）控制合金熔体的温度在715～735℃，然后加入Al-Ti中间合金、Al- B中间合金和Al-Zr中间合金；在715～735℃搅拌10～30 min，使全部合金熔化后，形成二次合金熔体；
（5）将二次合金熔体的温度降至710～730℃，然后进行精炼，精炼时间为10～30 min；精炼结束后静置10～30 min；回温至710～730℃进行浇注，获得铸件；
（6）将铸件在540±5℃固溶处理8～16 h，然后用50～80℃温水水淬，再在160±5℃时效处理6～10 h，空冷至常温，制成高伸长率的强韧铸造铝合金。
3.如权利要求2所述的高伸长率的强韧铸造铝合金的制备方法，其特征在于,步骤（5）的精炼是加入精炼剂C2Cl6进行精炼，或喷吹氩气进行精炼；当加入精炼剂进行精炼时，精炼剂的加入量为二次合金熔体总质量的0.3％～0.8％；当喷吹氩气进行精炼时，氩气的流速为2～8 L/min。
4.如权利要求2所述的高伸长率的强韧铸造铝合金的制备方法，其特征在于,步骤（5）浇注时的模具采用砂型或金属型；所属的金属型材质为HT250。
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