CN110724865A - 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺 - Google Patents

一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN110724865A
CN110724865A CN201911060535.7A CN201911060535A CN110724865A CN 110724865 A CN110724865 A CN 110724865A CN 201911060535 A CN201911060535 A CN 201911060535A CN 110724865 A CN110724865 A CN 110724865A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
heat
percent
carrying
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911060535.7A
Other languages
English (en)
Inventor
文胜平
赵志浩
聂祚仁
黄晖
高坤元
吴晓蓝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201911060535.7A priority Critical patent/CN110724865A/zh
Publication of CN110724865A publication Critical patent/CN110724865A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent

Abstract

一种Al‑Cu‑Mg‑Ag‑Si‑Sc耐热合金及制备工艺，属于合金材料技术领域。在铝基体加入重量百分比为：2％～4.5％Cu，0.3～0.7％Mg，0～0.6％Ag，0～0.3％Si，0.05％～0.25％Sc。制备方法：在熔炼温度为790±10℃下，将铝锭熔化，加入Al‑Cu、Al‑Ag、Al‑Si、Al‑Sc中间合金和纯镁块，待其熔化后，除气，搅拌，保温静置，浇铸并热处理。处理工艺：合金铸锭在540～570℃固溶处理12～24h后水淬至室温；然后将固溶态合金在150～175℃进行等温时效处理。本发明合金在225～250℃长时间热暴露处理能够保持较高的强度，具有良好的热稳定性。

Description

一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及到一种微合金化耐热铝合金材料的制备及其热处理工艺。
技术背景
近年来，随着航空、航天等高新技术的发展，对铝合金的高温性能也提出了越来越高的要求；微合金化一直是改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要手段，已成为国内外材料界关注的热点。
科研人员通过向Al-Cu-Mg合金中加入一定量的Ag后，可以改变合金的时效析出序列，Ringer等人采用APFIM发现，Al-Cu-Mg合金中时效初期主要是Mg-Cu原子团簇，而Ag的加入则使时效初期形成了大量的Mg-Ag原子团簇，这些原子团簇促进了Ω相的析出。Ω相在(111)α面上盘片状存在，由于(111)α是铝合金的主要滑移面，所以Ω相对位错滑移起着更大的阻碍作用，从而提高合金的强度；并且Ω相具有优异的抗粗化性，可在200℃以下长期使用。
但是因为新析出相的形态大多为盘片状、板条状与基体的晶格错配度大，界面能量较高，从而造成析出相在200℃以上高温时具有较快的粗化速度，限制了高温使用性能的进一步提高。因此，国内外有人采用添加适量的Sc、Yb和Ce等稀土元素的方法来改善合金的析出相形态分布，以减小析出相与基体之间晶格错配度，从而提高耐热性。而且Al-Cu-Mg合金中添加微量稀土元素Sc，可以在较高温度下形成与基体共格的细小弥散Al3Sc耐热相，抑制第二相晶粒长大，提高合金高温强度；同时能钉扎位错、亚结构和晶界，稳定组织结构。但Sc、Yb和Ce等元素扩散速率较低，要发挥其偏聚在析出相周围抑制其粗化的作用需要较高的温度(250℃以上)。在此温度下合金时效强化的效果很差，虽然能够得到热稳定的析出相，但合金的强度较低。
本发明是在以上技术背景基础，通过Si、Sc复合微合金化，结合合适的制备方法和热处理工艺制备出一种新型的Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc高强耐热合金。
发明内容
本发明的目的在于通过Si、Sc微合金化的方法，在最佳的基体成分及热处理工艺，发挥微合金化元素相互间的协同作用，制备出一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc高强耐热合金。
本发明所提供的Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金，其特征在于，向Al-Cu-Mg-Ag基体中加入了微量的Si和Sc，其中各元素在所述Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金中的重量百分含量为：2％～4.5％的Cu，0.3～0.7％的Mg，0～0.6％的Ag，0～0.3％的Si，0.05％～0.25％的Sc，余量为Al及不可避免的杂质。
以上所述合金元素的最佳成分范围为(重量百分比)：3.5％～4.5％的Cu，0.1％～0.3％的Si。
本发明合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Cu、Al-Ag、Al-Si、Al-Sc中间合金和纯镁块，待其熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置30min，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸；随后进行热处理，以获得所述的合金材料。
本发明合金热处理工艺步骤包括如下(其中也包括确定最佳工艺的方法)：
(1)首先在540～570℃固溶处理12～24h，随后水淬至室温；
(2)然后将固溶态合金在150～175℃之间进行等温时效处理，其最佳时效温度是175℃左右。
(3)将175℃时效达到峰值的合金，放在225～250℃长时间热暴露，检测其高温强度与热稳定性。
本发明采用Si、Sc复合微合金化，通过上述的热处理工艺，在最佳的基础合金上发挥Si、Sc元素相互间的协同作用，可以在较低的时效温度下(150～175℃之间)使Si、Sc元素偏聚在析出相周围，抑制析出相的长大粗化或生成新的析出相，使得合金同时具有较高的强度和显著的耐热效果。如附图2、5所示，在225℃、250℃长时间热暴露时，A3号合金的硬度一直高于A1、A2号合金；且其强度在225℃850h和250℃400h以上仍然较高，可见合金具有良好的高温热稳定性。
附图说明
图1：A1、A2、A3合金在150℃等温时效后225℃热暴露的硬度曲线；
图2：A1、A2、A3合金在175℃等温时效后225℃热暴露的硬度曲线；
图3：A3合金在150℃等温时效和175℃等温时效后225℃热暴露的硬度曲线；
图4：A4、A5、A6合金在175℃等温时效后225℃热暴露的硬度曲线；
图5：A1、A2、A3合金在175℃等温时效后250℃热暴露的硬度曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝、纯镁和Al-Cu、Al-Ag、Al-Si、Al-Sc中间合金。在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Cu、Al-Ag、Al-Si、Al-Sc中间合金和纯镁块，待其熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置30min，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸。制备了6种不同成分的Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金，通过ICP测得其实际成分，如表1所示。
表1实验合金成分
Figure BDA0002257825090000021
Figure BDA0002257825090000031
实施例2：对实例1中的A1、A2、A3合金在540℃固溶处理16h后，水淬至室温；在150℃等温时效达到峰值，随后在225℃长时间进行热暴露处理。图1给出了三种合金的维氏硬度变化曲线，从图中可以看出，随着热暴露时间的增加，A1、A2、A3号合金硬度均在下降，而A3号Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金硬度一直高于A1、A2号合金；在225℃热暴露400h仍具有较高的强度，其硬度值为114HV，比A1号合金高26HV，比A2号合金高13HV；这说明Si、Sc同时添加的高铜Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金热稳定效果十分显著。
实施例3：对实例1中的A1、A2、A3合金在540℃固溶处理16h后，水淬至室温；在175℃等温时效达到峰值，随后在225℃长时间进行热暴露处理。图2给出了三种合金的维氏硬度变化曲线，与实例2所述硬度变化类似。在热暴露处理过程中，A3号Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金硬度一直高于A1、A2号合金；在225℃热暴露850h，A1、A2、A3号合金的硬度值分别为69HV、93HV、114HV，A3号合金比A1号合金高45HV，比A2号合金高21HV。图3是A3合金在150℃等温时效达到峰值和在175℃等温时效达到峰值，随后在225℃长时间热暴露处理的硬度变化曲线。A3合金经175℃时效比150℃时效在随后的热暴露处理中具有更高的硬度值，且A3合金在175℃时效达到峰值后225℃热暴露850h的硬度值，和在150℃时效达到峰值后225℃热暴露400h的硬度值相等，均为114HV；说明经175℃时效达到峰值的状态下，同时添加Si、Sc的A3合金在225℃长时间热暴露的热稳定性更好；即同时添加Si、Sc的A3合金的最佳时效温度为175℃左右。
实施例4：对实例1中的A4、A5、A6合金在570℃固溶处理14h后，水淬至室温；在175℃等温时效达到峰值，随后在225℃长时间进行热暴露处理。如图4给出了三种合金的硬度变化曲线，从图中可以看出，A4、A5、A6号铜含量低的合金时效硬度变化曲线与实例3中A1、A2、A3号铜含量高的合金所述硬度变化曲线完全不同。225℃热暴露至10h，同时添加Si、Sc的A6合金硬度下降缓慢，具有较高的硬度；10小时后硬度快速下降，225℃热暴露1000h，硬度值为86HV，反而比单独加Sc元素的A5合金低13HV；这说明向铜含量低的Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金中同时添加Si、Sc微合金化，未起到增加热稳定性的效果。
实施例5：对实例1中的A1、A2、A3合金在540℃固溶处理16h后，水淬至室温；在175℃等温时效达到峰值，随后在250℃长时间进行热暴露处理。图5给出了三种合金的维氏硬度变化曲线，与实例2所述硬度变化类似，在热暴露处理过程中，A3号Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金硬度一直高于A1、A2号合金；在250℃热暴露400h，A1、A2、A3号合金的硬度值分别为56HV、78HV、94HV，A3号合金比A1号合金高38HV，比A2号合金高16HV。这说明向铜含量高Al-Cu-Mg-Ag合金中同时添加Si、Sc，在更高温度下仍具有良好的热稳定效果。

Claims (5)

1.一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金，其特征在于，向Al-Cu-Mg-Ag基体中加入了微量的Si和Sc，其中各元素在所述Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金中的重量百分含量为：2％～4.5％的Cu，0.3～0.7％的Mg，0～0.6％的Ag，0～0.3％的Si，0.05％～0.25％的Sc，余量为Al及不可避免的杂质。
2.按照权利要求1所述的一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金，其特征在于，Cu、Si在Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc合金中的重量百分含量为：3.5％～4.5％的Cu，0.1％～0.3％的Si。
3.制备权利要求1或2所述的一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入Al-Cu、Al-Ag、Al-Si、Al-Sc中间合金和纯镁块，待其熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置30min，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸；随后进行热处理，以获得所述的合金材料。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，热处理工艺步骤包括如下：
(1)首先在540～570℃固溶处理12～24h，随后水淬至室温；
(2)然后将固溶态合金在150～175℃之间进行等温时效处理，其最佳时效温度是175℃左右。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，合金经过热处理工艺后，在225～250℃长时间热暴露能够保持较高的强度，具有良好的热稳定性。
CN201911060535.7A 2019-11-01 2019-11-01 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺 Pending CN110724865A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911060535.7A CN110724865A (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911060535.7A CN110724865A (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110724865A true CN110724865A (zh) 2020-01-24

Family

ID=69223653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911060535.7A Pending CN110724865A (zh) 2019-11-01 2019-11-01 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110724865A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114959388A (zh) * 2022-04-18 2022-08-30 聊城市金之桥进出口有限公司 一种Al-Cu-Mg-Ag型电机转子铝合金及其制备方法和应用
CN115449730A (zh) * 2022-09-06 2022-12-09 合肥通用机械研究院有限公司 一种有效降低低硅铸造铝合金腐蚀速率的方法
CN115558827A (zh) * 2022-10-18 2023-01-03 中国航发北京航空材料研究院 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc-Mn-Zr高强高耐热性铝合金及其制备方法
CN115821130A (zh) * 2022-12-01 2023-03-21 西安交通大学 一种耐高温Al-Cu-Mg-Ag-Sc合金及其制备方法
CN115927935A (zh) * 2022-10-18 2023-04-07 中国航发北京航空材料研究院 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc高耐热性铝合金及其制备方法
CN117551950A (zh) * 2024-01-11 2024-02-13 中北大学 一种具有优异长期热稳定性的Al-Cu-Mg-Ag合金及其热处理工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013220472A (ja) * 2012-04-19 2013-10-28 Furukawa-Sky Aluminum Corp Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金鍛造品
CN103748246A (zh) * 2011-08-17 2014-04-23 奥托福克斯两合公司 耐热性Al-Cu-Mg-Ag合金和生产由这种铝合金构成的半成品或成品的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103748246A (zh) * 2011-08-17 2014-04-23 奥托福克斯两合公司 耐热性Al-Cu-Mg-Ag合金和生产由这种铝合金构成的半成品或成品的方法
JP2013220472A (ja) * 2012-04-19 2013-10-28 Furukawa-Sky Aluminum Corp Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金鍛造品

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114959388A (zh) * 2022-04-18 2022-08-30 聊城市金之桥进出口有限公司 一种Al-Cu-Mg-Ag型电机转子铝合金及其制备方法和应用
CN115449730A (zh) * 2022-09-06 2022-12-09 合肥通用机械研究院有限公司 一种有效降低低硅铸造铝合金腐蚀速率的方法
CN115558827A (zh) * 2022-10-18 2023-01-03 中国航发北京航空材料研究院 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc-Mn-Zr高强高耐热性铝合金及其制备方法
CN115927935A (zh) * 2022-10-18 2023-04-07 中国航发北京航空材料研究院 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc高耐热性铝合金及其制备方法
CN115821130A (zh) * 2022-12-01 2023-03-21 西安交通大学 一种耐高温Al-Cu-Mg-Ag-Sc合金及其制备方法
CN115821130B (zh) * 2022-12-01 2024-05-03 陕西躬行智慧信息咨询合伙企业(有限合伙) 一种耐高温Al-Cu-Mg-Ag-Sc合金及其制备方法
CN117551950A (zh) * 2024-01-11 2024-02-13 中北大学 一种具有优异长期热稳定性的Al-Cu-Mg-Ag合金及其热处理工艺
CN117551950B (zh) * 2024-01-11 2024-04-09 中北大学 一种具有优异长期热稳定性的Al-Cu-Mg-Ag合金及其热处理工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110724865A (zh) 一种Al-Cu-Mg-Ag-Si-Sc耐热合金及制备工艺
CN102337429B (zh) 高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法
CN108559875B (zh) 一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料及其制备方法
CN109881063A (zh) 一种高强韧高模量压铸镁合金及其制备方法
CN105803253B (zh) 一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺
CN113136507A (zh) 一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法
CN104451314A (zh) 一种高强耐热铸造镁合金及制备方法
CN112095038B (zh) 一种提高铝合金中弥散相数量的方法
CN105483455A (zh) 一种Al-Sc-Zr-Er铝合金高强高导状态的热处理工艺
CN113416870B (zh) 一种高强耐热铝合金及其制备方法
CN110819861A (zh) 一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金及其制备方法
CN112609109A (zh) 一种含Ce-Mg高强耐热铝合金及其制备方法
CN109852856B (zh) 一种高强韧高模量金属型重力铸造镁合金及其制备方法
CN110093524B (zh) 一种高硅铝合金用变质剂及其使用方法
CN109897997B (zh) 一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法
CN114015917B (zh) 一种Si、Mg、Zr微合金化AlCuMn耐热铝合金及热处理工艺
CN108396205B (zh) 一种铝合金材料及其制备方法
CN111378876B (zh) 一种真空泵转子用含Sc铝合金及其制备方法
CN109943738B (zh) 一种含铝高模量稀土镁合金及其制备方法
CN111455234B (zh) 一种真空泵转子用含Sm铝合金及其制备方法
CN110592439A (zh) 一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法
CN115369294B (zh) 一种耐热Al-Mg-Cu-Zn合金及热处理工艺
CN112877623A (zh) 用于制备具有低自然时效硬度和高人工时效强度铝基复合材料的铝合金和铝基复合材料
CN110592440A (zh) 高性能高稳定性Al-Si-Cu系铸造铝合金构件短流程制备方法
CN116926387B (zh) 一种耐热高强Al-Si合金和制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200124