CN111118358A - 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金 - Google Patents

一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金 Download PDF

Info

Publication number
CN111118358A
CN111118358A CN202010015542.1A CN202010015542A CN111118358A CN 111118358 A CN111118358 A CN 111118358A CN 202010015542 A CN202010015542 A CN 202010015542A CN 111118358 A CN111118358 A CN 111118358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
wrought
weight percent
castable
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.)
Granted
Application number
CN202010015542.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111118358B (zh
Inventor
王为
李渤
黄晖
文胜平
高坤元
吴晓蓝
马晨曦
魏午
聂祚仁
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 CN202010015542.1A priority Critical patent/CN111118358B/zh
Publication of CN111118358A publication Critical patent/CN111118358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111118358B publication Critical patent/CN111118358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/14—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

一种含Er的可铸造的变形Al‑Cu合金，属于高强Al‑Cu合金领域，其中含有下列合金组分：5.0wt％‑6.0wt％的铜、0.20wt％‑0.40wt％的镁、0.30wt％‑0.70wt％的锰、0.15wt％‑0.25wt％的硅、0.10wt％‑0.30wt％的锆、0.05wt％‑0.25wt％的铒，不大于0.2wt％的铁、不大于0.4％wt的不可避免的夹杂物，其余的含量为铝。本发明由于采用了硅和铒还有锆复合微合金化，具有非常显著的时效强化效果，同时采用轧制变形进一步提高了其强度。本专利的目的，提升Al‑Cu合金的力学性能。

Description

一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金
技术领域
本发明属于金属合金技术领域，涉及一种经过微合金化的铝合金材料及其制备工艺。
技术背景
Al-Cu合金具有强度高、加工性能好等优点，广泛应用于航空航天、国防工业以及民用工具领域，但其铸造性能较差，即流动性差。因此本发明针对这个问题，优化合金组分产生一种新的兼顾高强度和良好铸造工艺性的可铸造的变形铝合金。
对Al-Cu系列合金中采用合金化处理的方法，以期析出数量更多的、颗粒细小的强化相。前人提到Mn是为了消除铁的有害影响，并延迟和减弱Al-Cu合金的人工时效过程。Mg元素的加入提高合金室温强度。本发明是在此基础上同时加入Er元素、Zr元素、Si元素来改善合金的铸造性能，提高流动性。
本发明正是基于以上的考虑，设计了Al–Cu-Mg-Mn-Si-Er-Zr可铸造的变形合金，并确定此合金合适的成份范围和相应的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于通过复合微合金化的方法，发挥Er、Si还有Zr协同强化作用的，并探寻其成分范围。添加这些元素后对铝或者铝合金基体起到强化作用，提高铝合金的力学。在经过变形后，强度和延伸率有了明显的提升。同时，本发明的合金具有优于ZL205A合金的铸造性。因此本合金可以在作为变形的合金的同时还可以作为铸造合金使用。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现，具体步骤包括：提供的一种高强铝铜合金，其特征在于含有下列合金组分：5.0wt％-6.0wt％的铜、0.20wt％-0.40wt％的镁、0.30wt％-0.70wt％的锰、0.15wt％-0.25wt％的硅、0.10wt％-0.30wt％的锆、0.05wt％-0.25wt％的铒，余量为铝。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有5.0wt％-6.0wt％的铜、比较优选含有5.20wt％-5.80wt％的铜，进一步优选含有5.40wt％-5.60wt％的铜。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有0.20wt％-0.40wt％的镁、比较优选含有0.24wt％-0.36wt％的镁，进一步优选含有0.28wt％-0.32wt％的镁。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有0.30wt％-0.70wt％的锰、比较优选含有0.35wt％-0.65wt％的锰，进一步优选含有0.40wt％-0.60wt％的锰。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有0.15wt％-0.25wt％的硅、比较优选含有0.17wt％-0.23wt％的硅，进一步优选含有0.19wt％-0.21wt％的硅。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有0.10wt％-0.30wt％的锆、比较优选含有0.14wt％-0.26wt％的锆，优选含有0.18wt％-0.22wt％的锆。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有0.05wt％-0.25wt％的铒、比较优选含有0.08wt％-0.22wt％的铒，进一步优选含有0.12wt％-0.18wt％的铒。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金其特征在于含有不大于0.4％wt的不可避免的夹杂物。
本发明一些具体实施方式中，所述的高强铝铜合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对合金进行熔炼，达到温度后保温静置，使熔体中各元素成份分布均匀，然后进行浇铸，以获得所需的合金铸锭；
(2)对合金铸锭进行双级均匀化处理，然后冷却至室温；
(3)对均匀化处理后的合金进行热变形处理；
(4)热变形后的合金进行固溶处理，然后水淬；
(5)进行时效处理。
步骤(1)熔炼温度为780±20℃，浇铸温度为680℃-720℃。
步骤(2)双级均匀化处理优选为400℃/8h+500℃/8h；
步骤(3)合金进行热变形处理，为400-450℃，变相量为20-90％；可以不同方向的。
步骤(4)固溶处理为520±10℃固溶1小时。
步骤(5)时效处理为175±5℃处理2-10小时，优选175℃处理6小时。
本发明分别选取铸态、热变形后合金，固溶处理，水淬，之后进行时效处理得到合金峰值时效的时间范围。
对热变形处理(垂直、平行二个方向取样)，最后制备拉伸试样，测试拉伸性能。
本发明的合金不仅可以用作变形合金同时还可以用于铸造合金。本发明合金流动性较好，对比ZL205A合金流动性有提升。
附图说明
本发明的优点结合下列附图对实施例描述更加简单明了。
图1：实施例1的合金和Al-Cu-Mg-Mn合金在175℃(0～10h)等时时效固溶曲线。
图2：无变形量、20％变形量、40％变形量、60％变形量、90％变形量的平行方向试样力学性能图。
图3：无变形量、20％变形量、40％变形量、60％变形量、90％变形量的垂直方向试样力学性能图。
图4：合金的与ZL205A的流动性对比图。
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-50Cu、Al-10Mn、Al-6Er、Al-10Zr、Al-24Si中间合金，熔炼温度为780±10℃。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸；制备成合金Al-5.5Cu-0.3Mg-0.5Mn-0.2Si-0.15Zr-0.1Er。
对浇铸的合金进行400℃/8h+500℃/8h双级均匀化处理。然后室温冷却，后进行轧制。轧制成20％、40％、60％、90％的4种不同变形量，然后在520±10℃固溶1小时,水淬到室温,然后在175℃进行时效。
图1给出了铸态含Si、Er、Zr合金和不含Si、Er、Zr的合金在不同时间的时效硬度(对应的变形量为0％)，从中可以看到不添加Si、Er、Zr的合金硬度相对比添加Si、Er、Zr的合金硬度低；不添加Si、Er、Zr的合金最大硬度值为129.1HV，在随后的三小时内硬度存在小的波动，并基本维持在125HV左右。而加入Si、Er、Zr的合金峰值硬度维持在140HV,并在随后的几小时也在130HV以上。因此在这里也证实了含有Si、Er、Zr的合金比不含Si、Er、Zr硬度有了提升。
图2对应不同变形量的性能图，说明了无变形量、20％变形量、40％变形量、60％变形量、90％变形量的试样平行方向的抗拉强度，屈服强度和延伸率(对应的时效工艺为175℃/6小时)。图2说明了无变形量、20％变形量、40％变形量、60％变形量、90％变形量的试样垂直方向的抗拉强度，屈服强度和延伸率。
同时在图3中也给出了相应数据。由图表中看出随着轧制量的加大，平行方向的试样的抗拉强度延伸率基本呈现上升的趋势。屈服强度在0-40％变形量时先上升，并在40％-90％呈现下降趋势。而在垂直方向的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率在无变形量到40％变形量的时候基本呈现上升趋势，在40％-60％变形量的时候抗拉强度，屈服强度，延伸率都呈现下降趋势。但随着轧制量的增加，抗拉强度和屈服强度还有延伸率又重新呈现上升趋势。
表1：轧制合金力学性能
Figure BDA0002358733500000061
记A0、B0、C0对应的是测试样品的尺寸高、宽、长。
实例2：对实例1中合金进行流动性测试，将流盘加热到300℃，同时将测试用的浇包加热到250℃，然后将熔融的金属液控制720℃、下浇入浇包，并进入流盘进行流动性测试。结果如图4，左为本合金的流动性，右为ZL205A合金。本发明的合金的流动性优于广泛应用的ZL205A。
实施例3
通过XRF测试了其实际成分，如下表2所示时，同样得到比较好的效果。
表2实验合金成份(质量百分含量)
Figure BDA0002358733500000062

Claims (10)

1.一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有下列合金组分：5.0wt％-6.0wt％的铜、0.20wt％-0.40wt％的镁、0.30wt％-0.70wt％的锰、0.15wt％-0.25wt％的硅、0.10wt％-0.30wt％的锆、0.05wt％-0.25wt％的铒，余量为铝。
2.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，选含有5.20wt％-5.80wt％的铜，进一步优选含有5.40wt％-5.60wt％的铜。
3.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有0.24wt％-0.36wt％的镁，进一步优选含有0.28wt％-0.32wt％的镁。
4.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有0.35wt％-0.65wt％的锰，进一步优选含有0.40wt％-0.60wt％的锰。
5.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有0.17wt％-0.23wt％的硅，进一步优选含有0.19wt％-0.21wt％的硅。
6.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有0.14wt％-0.26wt％的锆，优选含有0.18wt％-0.22wt％的锆。
7.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有0.08wt％-0.22wt％的铒，进一步优选含有0.12wt％-0.18wt％的铒。
8.按照权利要求1所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金，其特征在于，含有不大于0.4％wt的不可避免的夹杂物。
9.按照权利要求1-8任一项所述的一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对合金进行熔炼，达到温度后保温静置，使熔体中各元素成份分布均匀，然后进行浇铸，以获得所需的合金铸锭；
(2)对合金铸锭进行双级均匀化处理，然后冷却至室温；
(3)对均匀化处理后的合金进行热变形处理；
(4)热变形后的合金进行固溶处理，然后水淬；
(5)进行时效处理。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)熔炼温度为780±20℃，浇铸温度为680℃-720℃；
步骤(2)双级均匀化处理优选为400℃/8h+500℃/8h；
步骤(3)合金进行热变形处理，为400-450℃，变相量为20-90％；可以不同方向的；
步骤(4)固溶处理为520±10℃固溶1小时；
步骤(5)时效处理为175±5℃处理2-10小时，优选175℃处理6小时。
CN202010015542.1A 2020-01-07 2020-01-07 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金 Active CN111118358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010015542.1A CN111118358B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010015542.1A CN111118358B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111118358A true CN111118358A (zh) 2020-05-08
CN111118358B CN111118358B (zh) 2021-02-02

Family

ID=70487393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010015542.1A Active CN111118358B (zh) 2020-01-07 2020-01-07 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111118358B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111926226A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 烟台南山学院 一种高强塑性铝合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04341537A (ja) * 1991-04-18 1992-11-27 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 冷間鍛造性にすぐれた高強度耐摩耗性アルミニウム合金
CN1352316A (zh) * 2001-11-07 2002-06-05 北京工业大学 一种铝铒合金
CN101410540A (zh) * 2005-09-07 2009-04-15 美铝公司 用于航空应用的具有提高损伤容限性能的2000系列铝合金
JP2015010235A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社Uacj ストレッチャー・ストレインマークを抑制したアルミニウム合金材及びその製造方法
CN104946943A (zh) * 2015-06-15 2015-09-30 北京工业大学 一种Al-Er-Cu高强高导电率铝合金及其形变热处理工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04341537A (ja) * 1991-04-18 1992-11-27 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 冷間鍛造性にすぐれた高強度耐摩耗性アルミニウム合金
CN1352316A (zh) * 2001-11-07 2002-06-05 北京工业大学 一种铝铒合金
CN101410540A (zh) * 2005-09-07 2009-04-15 美铝公司 用于航空应用的具有提高损伤容限性能的2000系列铝合金
JP2015010235A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社Uacj ストレッチャー・ストレインマークを抑制したアルミニウム合金材及びその製造方法
CN104946943A (zh) * 2015-06-15 2015-09-30 北京工业大学 一种Al-Er-Cu高强高导电率铝合金及其形变热处理工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SONG BAI ET.AL: "Effects of small Er addition on the microstructural evolution and strength properties of an Al-Cu-Mg-Ag alloy aged at 200℃", 《MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING A》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111926226A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 烟台南山学院 一种高强塑性铝合金及其制备方法
CN111926226B (zh) * 2020-08-12 2021-12-14 烟台南山学院 一种高强塑性铝合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111118358B (zh) 2021-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200190634A1 (en) Method of forming a cast aluminium alloy
US7625454B2 (en) Al-Si-Mg-Zn-Cu alloy for aerospace and automotive castings
US7087125B2 (en) Aluminum alloy for producing high performance shaped castings
KR101124235B1 (ko) 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 주물
CN107829000B (zh) 一种压铸铝合金材料及其制备方法
CN110592444B (zh) 一种700-720MPa强度耐热高抗晶间腐蚀铝合金及其制备方法
US20040191111A1 (en) Er strengthening aluminum alloy
WO2008005852A2 (en) High strength, heat treatable al-zn-mg aluminium alloy
CN112662921B (zh) 一种高强韧压铸铝硅合金及其制备方法
CN110592445B (zh) 720-740MPa冷挤压Al-Zn-Mg-Cu-Ti铝合金及制备方法
JPS63286557A (ja) Ａｌ基合金から物品を製造する方法
US20050238529A1 (en) Heat treatable Al-Zn-Mg alloy for aerospace and automotive castings
CN109182804A (zh) 一种高强度铝铜系铝合金制备方法
CN111118358B (zh) 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金
US20200407826A1 (en) Aluminum Casting Alloy, Aluminum Cast Component and Method for the Production of an Aluminum Cast Piece
KR101499096B1 (ko) 스칸듐을 첨가한 알루미늄 합금 및 그 제조방법
RU2749073C1 (ru) Жаропрочные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы на основе систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er (варианты)
CN110592439B (zh) 一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法
CA3135702C (en) Aluminium casting alloy
JP2023549190A (ja) ２ｘｘｘ系アルミニウム合金製品の製造方法
CN106011507A (zh) 一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金及其制备方法
Elgallad et al. Development of new Al-Cu based alloys aimed at improving the machinability of automotive castings
CN115961191B (zh) 一种锶锆钛钇四元复合微合金化的800MPa强度级高性能铝合金及制备方法
JP7126915B2 (ja) アルミニウム合金押出材及びその製造方法
CN112553508B (zh) 铝合金及其制备方法和铝合金结构件

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant