CN111321330B

CN111321330B - 一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN111321330B
Application number: CN202010114150.0A
Authority: CN
Inventors: 程仁寨; 郑卓阳; 马旭; 王兴瑞; 张小刚; 王兆斌; 赵海滨
Original assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: CN111321330A

Abstract

本发明提供一种含钪的Al‑Cu系耐热铝合金及其制备方法，主要设计合金技术领域。一种含钪的Al‑Cu系耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu为4.5‑6.5%，Mg为1.5‑2.5%，Mn为0.5‑1%，Sc为0.3‑0.6%，Zr为0.2‑0.5%，余量为Al及不可避免杂质。一种含钪的Al‑Cu系耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照如上配比准备原料纯Al锭、纯Mg锭、Al‑Cu中间合金、Al‑Mn中间合金、Al‑Sc中间合金和Al‑Zr中间合金备用；将原料全部熔化后去除表面浮渣，最后将温度升至740‑760℃并搅拌均匀；将熔融状态金属液浇注至金属型模具中得到铸态合金；将铸态合金进行固溶处理和时效处理。本发明的有益效果在于：本发明具有较高的室温和高温抗拉强度、显微组织均匀、且成本较低的含Sc的Al‑Cu系耐热铝合金及其制备方法。

Description

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及合金技术领域，具体是一种含钪的Al-Cu系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，航空航天、汽车摩托车和高速轻轨列车以及3C产品方面具有难以替代的应用优势。但是现在主流的铝合金产品的耐热性能较差，当环境温度超过120℃后，铝合金的强度会陡然下降，限制了其在许多工业设备和产品上的应用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金及其制备方法，它具有较高的室温和高温抗拉强度、显微组织均匀、且成本较低的含Sc的Al-Cu系耐热铝合金及其制备方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu为4.5-6.5%，Mg为1.5-2.5%，Mn为0.5-1%，Sc为0.3-0.6%，Zr为0.2-0.5%，余量为Al及不可避免杂质。

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu为5.0%，Mg为1.9%，Mn为0.9%，Sc为0.4%，Zr为0.4%，余量为Al及不可避免杂质。

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金和Al-Zr中间合金备用；

S2：将S1步骤中原料在180-200℃条件下干燥预热2h，然后将反应釜加热至680-700℃，将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内熔化，然后将反应釜加热至700-720℃添加Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金和Al-Zr中间合金并保温5-10min，待到合金全部熔化后去除表面浮渣，最后将温度升至740-760℃并搅拌均匀；

S3：将S2步骤熔融状态金属液降温至690-700℃静置5-10min，然后将合金液浇注至预热温度为200-300℃的金属型模具中，自然冷却后得到铸态合金；

S4：将S3步骤得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为470-490℃，处理时间为4-8小时，水淬至室温；时效处理温度为160-180℃，处理时间为12-24小时，空气中冷却至室温。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明通过引入适量稀土元素Sc、Zr以及合金元素Cu、Mg、Mn，通过多组元微合金化的方法对合金进行改性。其中Sc与Al构成强化相Al₃Sc，Zr与Al构成强化相ZrAl₃，可显著提高铝合金的室温强度与耐高温能力。将浇铸而成的铸态合金进行热处理，可有效改善合金的晶粒细度。本发明所制备的Al-Cu系合金具有较高的室温和高温抗拉强度，塑性也得到了较大改善，可适应现在特种行业对于耐热铝合金的需求。

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。

实施例1：

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu为4.5%，Mg为1.5%，Mn为0.5%，Sc为0.3%，Zr为0.2%，余量为Al及不可避免杂质。

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭818kg、纯Mg锭15kg、Al-50wt.%Cu中间合金90kg、Al-20wt.%Mn中间合金25kg、Al-25wt.%Sc中间合金12kg和Al-5wt.%Zr中间合金40kg备用；

S2：将S1步骤中原料在200℃条件下干燥预热2h，然后将反应釜加热至700℃，将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内熔化，然后将反应釜加热至720℃添加Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金和Al-Zr中间合金并保温10min，待到合金全部熔化后去除表面浮渣，最后将温度升至760℃并搅拌均匀；

S3：将S2步骤熔融状态金属液降温至700℃静置0min，然后将合金液浇注至预热温度为300℃的金属型模具中，自然冷却后得到铸态合金；

S4：将S3步骤得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为490℃，处理时间为6小时，水淬至室温；时效处理温度为180℃，处理时间为20小时，空气中冷却至室温。

按照国家标准GB6397-86《金属拉伸实验试样》加工成标准拉伸试样。在岛津AG-I250kN电子拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速率为1mm/min。高温拉伸时，要保温5分钟再进行拉伸。

本实施例所得的耐热铝合金，其抗拉强度见下表。

实施例2：

本实施例的加工步骤与实施例1相同，仅S1步骤加入各组分原料量不同：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭740kg、纯Mg锭19kg、Al-50wt.%Cu中间合金100kg、Al-20wt.%Mn中间合金45kg、Al-25wt.%Sc中间合金16kg和Al-5wt.%Zr中间合金80kg备用。

本实施例所得的耐热铝合金，其抗拉强度见下表。

实施例3：

一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：Cu为6.5%，Mg为2.5%，Mn为1%，Sc为0.6%，Zr为0.5%，余量为Al及不可避免杂质。

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭671kg、纯Mg锭25kg、Al-50wt.%Cu中间合金130kg、Al-20wt.%Mn中间合金50kg、Al-25wt.%Sc中间合金24kg和Al-5wt.%Zr中间合金100kg备用。

本实施例所得的耐热铝合金，其抗拉强度见下表。

对比例1：

选取我公司现有产品中的一款商用耐热铝合金7075，对其进行室温与高温下的拉伸测试。其室温抗拉强度为560MPa，200℃抗拉强度为420MPa，250℃为340MPa，300℃降为210MPa，300℃时抗拉强度已不能满足使用要求，最高使用温度为250℃。

表1：实施例及对比例所得铝合金性能检测

由以上实施例与对比例的对比可看出，通过添加Sc元素与Zr元素，可显著提高本铝合金的室温强度与高温强度，满足特种行业对高温铝合金材料的需求。

Claims

1.一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Cu为6.5％，Mg为2.5％，Mn为1％，Sc为0.6％，Zr为0.5％，余量为Al及不可避免杂质；

其制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含钪的Al-Cu系耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：Cu为5.0％，Mg为1.9％，Mn为0.9％，Sc为0.4％，Zr为0.4％，余量为Al及不可避免杂质。