專利名稱：：一種含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高性能的中溫結(jié)構(gòu)金屬材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種鋁銅鎂銀錳鋯系高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，涉及一種稀土鐠微合金化的鋁銅鎂銀錳鋯系高強(qiáng)變形耐熱鋁合金。
背景技術(shù)：
：Al-Cu-Mg系變形耐熱鋁合金是典型的時效硬化型鋁合金，其主要合金元素有Al、Cu、Mg、Mn、Zr、Ti、V等，由于其在10020(TC的中溫范圍內(nèi)具有較好的耐熱性能和高比強(qiáng)度，而被用作航空航天結(jié)構(gòu)及汽車發(fā)動機(jī)葉片材料。目前工業(yè)廣泛應(yīng)用的變形耐熱鋁合金是2618鋁合金，其典型的成份為3wt。/oCu1.6wt%Mg~l.lwt%Fe~1.0wt%Ni~0.18wt%Si~0.05wt%Ti，余為A1，其室溫抗拉強(qiáng)度ab為441MPa，在200'C時ab為321MPa，300°C時crb為60MPa。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Polmear在Al-Cu-Mg合金中添加微量的Ag而形成的Al-Cu-Mg-Ag系合金，然后通過熱擠壓成棒材(美國專利No—4772342;MaterialsScienceFo腿，1996,Vols.217-222，P1759),其典型成分為6.5wt%Cu~0.48wt%Mg~0.46wt%Ag~0.3wt%Mn~0.17wt%Zr~0.07wt%Ti，余為Al，其室溫抗拉強(qiáng)度ob為520MPa，在180°C時ab為375MPa。通過對專利及刊物報道的結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)Al-Cu-Mg-Ag系合金的高溫耐熱性能均超過了2618鋁合金，但其室溫抗拉強(qiáng)度提高不是很明顯，而且高溫強(qiáng)度，尤其使25(TC以上的高溫強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。為此有必要進(jìn)一步提高其力學(xué)性能，使合金具有較好的室溫和抗拉強(qiáng)度。目前尚沒有利用鐠微合金化技術(shù)促進(jìn)鋁銅鎂銀系合金組織轉(zhuǎn)變和提高其耐熱性能的文獻(xiàn)報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有技術(shù)不足和缺陷，提供一種稀土鐠微合金化的鋁銅鎂銀錳鋯系高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，使其通過稀土鐠微合金化，來細(xì)化合金晶粒度，細(xì)化時效析出相的尺寸，提高析出相的熱穩(wěn)定性，來提高合金的總體強(qiáng)度和高溫耐熱性能，使合金的性能超過傳統(tǒng)的2618鋁合金與Polmear合金。本發(fā)明的另一目的提供上述合金的制備工藝。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明鋁銅鎂銀錳鋯系合金組分及重量百分比為Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5o/o，Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05-0.40%，余量為Al。。按上述配比進(jìn)行合金配料，在中頻感應(yīng)電阻爐中進(jìn)行熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，熔體靜置、扒渣后，通過鐵模澆鑄成圓坯，鑄錠在450510'C均勻化處理，然后進(jìn)行機(jī)加工，切去鑄錠頭尾及表層，加工后的鑄錠在35044(TC熱擠壓成棒材，然后再經(jīng)過520~540'C固溶淬火后，進(jìn)行15021(TC人工時效處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著效果，本發(fā)明是在現(xiàn)有的鋁銅鎂銀錳鋯系合金中添加微量稀土鐠，不改變已形成的合金成分，而是利用微量鐠的作用使鋁銅鎂銀錳鋯系合金的原始鑄態(tài)組織得到細(xì)化。得到細(xì)化的鑄態(tài)組織通過進(jìn)一步的形變熱處理，在人工時效過程中進(jìn)行時效處理，以獲得較好的組織，使其性能處于最佳狀態(tài)，合金的性能明顯超過傳統(tǒng)的2618鋁合金與Polmear合金。本發(fā)明的最佳實(shí)施例如下添加0.05%的Pr形成的鋁銅鎂銀錳系合金，其組分及重量百分比為6.5。/。Cu，0.8。/。Mg，0.60%Ag，0.10%Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余為Al。合金采中頻感應(yīng)電阻爐熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，通過鐵模澆鑄成圓坯，450'C均勻化處理后，在35(TC采用熱擠壓成棒材，然后在52(TC固溶淬火后，在15(TC進(jìn)行人工時效處理。合金的抗拉強(qiáng)度cjb:室溫^520MPa，20(TC^390MPa，30(TC^190MPa。添加0.10%的Pr形成的鋁銅鎂銀錳系合金，其組分及重量百分比為6.0%Cu，0.90%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余為Al。合金采中頻感應(yīng)電阻爐熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，通過鐵模澆鑄成圓坯，51(TC均勻化處理后，在38(TC采用熱擠壓成棒材，然后在525t:固溶淬火后，在21(TC進(jìn)行人工時效處理。合金的抗拉強(qiáng)度cjb:室溫340MPa，200。C^410MPa，300。C^220MPa。添加0.20%的Pr形成的鋁銅鎂銀錳系合金，其組分及重量百分比為5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余為Al。合金采中頻感應(yīng)電阻爐烙煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，通過鐵模澆鑄成圓坯，50(TC均勻化處理后，在43(TC采用熱擠壓成棒材，然后在535'C固溶淬火后，在185'C進(jìn)行人工時效處理。合金的抗拉強(qiáng)度cjb:室溫^580MPa，200。C^470MPa，300。C^270MPa。添加0.40%的Pr形成的鋁銅鎂銀錳系合金，其組分及重量百分比為5.3。/。Cu，1.0%Mg，0.8%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr，其余為Al。合金采中頻感應(yīng)電阻爐熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，通過鐵模澆鑄成圓坯，52(TC均勻化處理后，在41(TC采用熱擠壓成棒材，然后在53(TC固溶淬火后，在185'C進(jìn)行人工時效處理。合金的抗拉強(qiáng)度ab:室溫^550MPa，200°C2420MPa，300。C^240MPa。具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。結(jié)合本發(fā)明的方法提供以下實(shí)例本發(fā)明的最佳實(shí)施例是在鋁銅鎂銀錳鋯合金(Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5%,Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05~0.40%，余量為Al)配料中添加不同含量的鐠，設(shè)計(jì)了五種合金，其成分不同于2618鋁合金、2219鋁合金及Polmear合金(如表1和2所示)。合金采用SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練，通過鐵模澆鑄成圓坯，鑄錠經(jīng)過均勻化處理，采用熱擠壓，擠壓成棒材，經(jīng)過固溶淬火后，進(jìn)行時效處理。室溫和高溫抗拉強(qiáng)度明顯高于2618鋁合金與Polmear合金(表3和4所示)。具體實(shí)施例說明如下實(shí)施例1:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.05%Pr，合金配料(原料為A00純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、Al-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，450'C均勻化處理后，在35(TC采用熱擠壓成棒材，然后在525'C固溶淬火后，在185。C進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為4.0%Cu，1.5%Mg，1.5%Ag，0.50%Mn，0.15%Zr，0.05%Pr，其余為Al。實(shí)施例2:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.05%Pr，合金配料(原料為A00純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、Al-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，48(TC均勻化處理后，在43(TC采用熱擠壓成棒材，然后在52(TC固溶淬火后，在150'C進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為6.5%Cu，0.80%Mg，0.60%Ag，0.10%Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余為Al。實(shí)施例3:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.10%Pr，合金配料(原料為A00純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、AI-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，510'C均勻化處理后，在38(TC采用熱擠壓成棒材，然后在525'C固溶淬火后，在21(TC進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為6.0%Cu，0"0%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余為Al。實(shí)施例4:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.20%Pr，合金配料(原料為A00純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、Al-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，50(TC均勻化處理后，在43(TC采用熱擠壓成棒材，然后在535'C固溶淬火后，在185r進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余為Al。實(shí)施例5:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.20%Pr，合金配料(原料為AOO純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、Al-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，49(TC均勻化處理后，在410'C采用熱擠壓成棒材，然后在525"固溶淬火后，在185。C進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為5.0%Cu，1.2%Mg，0.8%Ag，0.25%Mn，0.10%Zr，0.20%Pr，其余為Al。實(shí)施例6:在鋁銅鎂銀錳合金中添加0.40%Pr，合金配料(原料為AOO純鋁、Al-50Cu中間合金、2號工業(yè)純鎂、99.9%的白銀、Al-10Mn中間合金、Al-4.2Zr中間合金，Al-2Pr中間合金)在SG-12-13型中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過靜置、扒渣，通過鐵模澆鑄成圓坯，520'C均勻化處理后，在41(TC采用熱擠壓成棒材，然后在53(TC固溶淬火后，在185'C進(jìn)行人工時效處理。合金的組份及其重量百分比為5.3%Cu，1.0%Mg，1.0%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr,其余為Al。表1本發(fā)明合金的主要化學(xué)成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2對比合金的主要化學(xué)成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4對比合金的拉伸性能A全PI五測試溫度，。c拉伸性能cjb，MPaS，％2618鋁合金棒材2440012200234203007238Polmear合金棒材2452010.018037514.權(quán)利要求1、一種含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，含有Cu、Mg、Ag、Mn、Zr，其特征在于，還含有微量稀土鐠，各組份的重量百分比為Cu4～6.5％，Mg0.5～1.5％，Ag0.4～1.5％，Mn0.1～0.5％，Zr0.05～0.25％，Pr0.05～0.40％，余量為Al。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，其特征是，各組份的重量百分比為6.5%Cu，0.8%Mg，0.60%Ag，O.腦Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余為Al。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，其特征是，各組份的重量百分比為6.0%Cu，0.90%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余為Al。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，其特征是各組份的重量百分比為5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余為Al。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐠微合金化的鋁銅鎂銀錳系高強(qiáng)變形耐熱鋁合金，其特征是，各組份的重量百分比為5.3%Cu，1.0%Mg，0.8%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr，其余為Al。6、制備權(quán)利要求1所述的一種含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金的工藝，其特征在于，按Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5%，Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05~0.40%，余量為A1的合金配料，再通過中頻感應(yīng)電阻爐熔煉澆鑄成圓錠，鑄錠然后經(jīng)過450510。C均勻化處理，采用350440'C熱擠壓的方式擠壓成棒材，棒材再經(jīng)過520540'C固溶淬火后，在15021(TC人工時效下進(jìn)行時效處理。全文摘要本發(fā)明涉及一種含稀土鐠的高強(qiáng)變形耐熱鋁合金及其制備工藝。用于高性能的中溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。本發(fā)明具體組份及其重量百分比為Cu4～6.5％，Mg0.5～1.5％，Ag0.4～1.5％，Mn0.1～0.5％，Zr0.05～0.25％，Pr0.05～0.40％，余量為Al。本發(fā)明是在現(xiàn)有的鋁銅鎂銀錳鋯系合金中添加微量稀土鐠，不改變已形成的合金成分，而是利用微量鐠的作用使鋁銅鎂銀錳鋯系合金的原始鑄態(tài)組織得到細(xì)化。得到細(xì)化的鑄態(tài)組織通過進(jìn)一步的形變熱處理，在人工時效過程中進(jìn)行時效處理，以獲得較好的組織，使其性能處于最佳狀態(tài)。文檔編號C22C21/12GK101177750SQ20071019254公開日2008年5月14日申請日期2007年12月7日優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日發(fā)明者旼宋,肖代紅申請人:中南大學(xué)