CN111101038A - 一种多元耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多元耐热铝合金及其制备方法，主要涉及合金技术领域。一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5‑8%，Mg：1.5‑2.5%，Ag：0.5‑1.5%，Mn：0.3‑0.6%，Zr：0.2‑0.5%，余量为Al及不可避免杂质。由以下步骤加工出多元耐热铝合金：按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al‑Cu中间合金、Al‑Ag中间合金、Al‑Mn中间合金和Al‑Zr中间合金；将S1步骤中称取的原料进行预热‑熔化‑铸造‑热处理‑挤压成型工艺得到多元耐热铝合金型材。本发明的有益效果在于：本发明通过合理优化合金元素，利用Ag、Zr元素提高其耐热性能与高温下的力学性质，利用Cu、Mn、Mg等元素提高其强度、延展性等力学性能，使该合金具有良好的常温与高温下的力学性能。
Description
技术领域
本发明主要涉及合金技术领域，具体是一种多元耐热铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金作为现阶段工程应用中轻质的金属结构材料，具有低密度、高比强度和比刚度，在航空航天、高速轻轨列车以及3C产品等高端领域内都具有很大的应用优势。目前商用铝合金主要分为铸造铝合金和变形铝合金两大类，在铸造铝合金中Al-Cu系由于具有室温力学性能优异、流动性好、热烈倾向小、低廉的价格和铸造工艺简单而应用最为广泛，作为代表的主要有2004系列和2A12系列被应用在高速轻轨列车领域内，但是该系列合金存在塑性较差以及高温力学性能较差的缺陷，一旦因为摩擦温度较高，则会出现铝合金力学性能急剧下降，存在安全隐患。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种多元耐热铝合金及其制备方法，它通过合理优化合金元素，利用Ag、Zr元素提高其耐热性能与高温下的力学性质，利用Cu、Mn、Mg等元素提高其强度、延展性等力学性能，使该合金具有良好的常温与高温下的力学性能。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5-8%，Mg：1.5-2.5%，Ag：0.5-1.5%，Mn：0.3-0.6%，Zr：0.2-0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
优选的，一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：7.5%，Mg：2.5%，Ag：1.0%，Mn：0.5%，Zr：0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
一种多元耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金；
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到加热至750-770℃的反应釜内熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温10-15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣；
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720-730℃，静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金；
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理；
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400～450℃下预热2小时，在420～450℃下进行挤压制备出相应的变形合金型材。
优选的，所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为460-480℃，处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温，时效处理温度为100-120℃，处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
优选的，所述S5步骤中挤压比为10:1～30:1，挤压速度为2.0～3.5m/min。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明提供的铝合金中的Cu含量为5-8%，Cu在Al中有比较大的固溶度，具有明显的强化作用，其强化作用表现在两方面，一是通过形成Al2Cu金属间化合物的第二相强化，二是通过原子Cu在Al基体中形成固溶体的固溶强化；本发明提供的铝合金中的Mg量为1.5-2.5%，Mg在铝合金中具有较强的固溶强化和时效强化作用，同时Mg的添加能够提高合金的塑性。本发明通过引入适量Ag、Mn和Zr等高价元素，能够显著改善铝合金的高温性能，熔炼及热处理工艺简单，显微组织均匀，合金力学性能和耐热性能得到显著提高。
具体实施方式
结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施 例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在 阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各 种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明所述一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5-8%，Mg：1.5-2.5%，Ag：0.5-1.5%，Mn：0.3-0.6%，Zr：0.2-0.5%，余量为Al及不可避免杂质。作为优选的，由以下重量百分比的组分组成的铝合金高温下力学性能更优：Cu：7.5%，Mg：2.5%，Ag：1.0%，Mn：0.5%，Zr：0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
一种多元耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金。
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用，将反应釜在250-350℃下预热10分钟，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750-770℃至完全熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温10-15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720-730℃，静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金。
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理，所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为460-480℃，处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温，然后紧接着进行时效处理，时效处理温度为100-120℃，处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400～450℃下预热2小时，在420～450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材，挤压比为10:1～30:1，挤压速度为2.0～3.5m/min。
实施例1：
本发明所述一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5%，Mg：1.5%，Ag：0.5%，Mn：0.3%，Zr：0.2%，余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭715kg、纯Mg锭15kg、Al-50Cu中间合金100kg、Al-5Ag中间合金100kg、Al-10Mn中间合金30kg、Al-5Zr中间合金40kg。
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用，将反应釜在300℃下预热10分钟，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720℃，静置10min后将合金液浇注至预热温度为300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金。
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理，所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为480℃，处理时间10小时后在空气中冷却至室温，然后紧接着进行时效处理，时效处理温度为120℃，处理时间为20小时后在空气中冷却至室温。
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时，在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材，挤压比为30:1，挤压速度为2.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例2：
本发明所述一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5.5%，Mg：2.0%，Ag：0.8%，Mn：0.4%，Zr：0.3%，余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭610kg、纯Mg锭20kg、Al-50Cu中间合金110kg、Al-5Ag中间合金160kg、Al-10Mn中间合金40kg、Al-5Zr中间合金60kg。
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用，将反应釜在300℃下预热10分钟，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720℃，静置10min后将合金液浇注至预热温度为300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金。
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理，所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为460℃，处理时间12小时后在空气中冷却至室温，然后紧接着进行时效处理，时效处理温度为100℃，处理时间为24小时后在空气中冷却至室温。
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时，在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材，挤压比为20:1，挤压速度为3.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例3：
本发明所述一种多元耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu：7.5%，Mg：2.5%，Ag：1.0%，Mn：0.5%，Zr：0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭475kg、纯Mg锭25kg、Al-50Cu中间合金150kg、Al-5Ag中间合金200kg、Al-10Mn中间合金50kg、Al-5Zr中间合金100kg。
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用，将反应釜在300℃下预热10分钟，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720℃，静置10min后将合金液浇注至预热温度为300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金。
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理，所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为460℃，处理时间12小时后在空气中冷却至室温，然后紧接着进行时效处理，时效处理温度为100℃，处理时间为24小时后在空气中冷却至室温。
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时，在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材，挤压比为10:1，挤压速度为3.5m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例4：
本实施例相对于实施例3组分相同，制备方法的S5步骤中，将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时，在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材，挤压比为30:1，挤压速度为2.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
对比例1：
取一款2004系列铝合金、一款2A12系列铝合金进行对比，合金具体力学数据见表1。
表1 实施例及对照例所得铝合金的性能检测结果
综上所述，本发明提供的一种多元耐热铝合金相较于现有同类铝合金产品而言，具有更好的常温力学性能与高温力学性能，其常温抗拉强度在530MPa以上，伸长率在7.0%以上，且在250℃时抗拉强度达到480MPa以上，伸长率超过8.0%。由此可见其抗高温性能更强，更适用于高端的高温领域的机械制造产业。
由实施例3与实施例4的对比可见，挤压工艺的挤压比与挤压速度对于产品的力学性能同样具有影响，挤压比越大，得到的铝合金产品的性能越优异。
Claims (5)
1.一种多元耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Cu：5-8%，Mg：1.5-2.5%，Ag：0.5-1.5%，Mn：0.3-0.6%，Zr：0.2-0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种多元耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Cu：7.5%，Mg：2.5%，Ag：1.0%，Mn：0.5%，Zr：0.5%，余量为Al及不可避免杂质。
3.一种多元耐热铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金；
S2：将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h，然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到加热至750-770℃的反应釜内熔化，然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化，保温10-15分钟，待到合金全部熔化后去除表面浮渣；
S3：将合金熔液温度升至770℃后停止升温，然后搅拌均匀，再降温至720-730℃，静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金；
S4：将S3步骤所得铸态合金进行热处理；
S5：将S4步骤热处理完成的铸态合金在400～450℃下预热2小时，在420～450℃下进行挤压制备出相应的变形合金型材。
4.根据权利要求3所述的一种多元耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理，固溶处理温度为460-480℃，处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温，时效处理温度为100-120℃，处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
5.根据权利要求3所述的一种多元耐热铝合金的制备方法，其特征在于：所述S5步骤中挤压比为10:1～30:1，挤压速度为2.0～3.5m/min。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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