一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，屬于Al-4Cu-3Si合金性能優化技術領域。
【背景技術】
[0002]Al-4Cu-3Si系鑄造鋁合金的主要優點是密度較小，強度和塑性較好，在海水等介質中有很好的耐蝕性，加工、拋光和電鍍等性能也較好。耐蝕性能則是鑄造鋁合金中最高的，固溶狀態耐蝕性能更高，因此在航空、造船、食品和化工等工業部門得到了較廣泛的應用。但是與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金的缺點是強韌性稍遜，使其應用受到限制，因此提聞鑄造招合金的強朝性有很大意義。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題:提供一種提高Al-4Cu_3Si合金強韌性的優化工藝，能夠改善合金相的形態結構特征，形成新的高熔點、高熱穩定性的第二相或細化晶粒組織，使得合金強韌性得到提高。
[0004]本發明的技術方案:
一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，在鑄態Al-4Cu-3Si合金中添加稀土 Nb元素，所述稀土 Nb元素以質量分數計為0.35%?0.42%,余量為Al-4Cu-3Si合金，采用常規的冶煉方式進行冶煉。
[0005]所述的稀土 Nb元素以中間合金的方式添加。
[0006]所述的稀土 Nb元素以質量分數計為0.4%,余量為Al-4Cu_3Si合金及雜質。
[0007]本發明的有益效果:
在Al-4Cu-3Si合金中加入Nb能細化鑄態合金的晶粒，形成A14MgNB相，沿晶界不連續分布，起到很好的晶界強化作用，從而提高合金的抗拉強度和伸長率。當Nb含量為0.4%時合金具有最佳的綜合力學性能，抗拉強度達到261.8 MPa,伸長率為4.3%。當NB含量超過0.4%時，A14MgNb開始沿晶界連續分布，降低了晶界的結合強度，合金的強度和韌性下降。不含NB的合金拉伸測試時，出現典型的枝晶間脆性斷裂，加Nb斷裂機制轉變為韌性斷裂，因此合金韌性大大提高。因此，本發明性能優化工藝能夠極大的提高Al-4Cu-3Si合金的強韌性。
[0008]【附圖說明】:
圖1是Al-4Cu-3Si合金的常溫力學性能隨Nb量的變化曲線圖；
圖2是不含Nb的Al-4Cu-3Si合金的鑄態組織圖；
圖3是Nb含量為0.4%的Al-4Cu-3Si合金的鑄態組織圖。
[0009]【具體實施方式】:
實施例:
在純鋁的基礎上，以Mg-NB中間合金的形式加入Mg和NB，配制4種不同NB含量(0、0.2%、0.4%、0.6%)的Al-4Cu-3Si合金，鎂的氧化燒損率按2%計算。先將純鋁放入鐵質坩堝中熔化，720°C左右將Mg-NB中間合金壓入金屬液。接著用帶孔石墨棒旋轉吹氬氣精煉5min。730°C時燒注到預熱至250°C的金屬型中，得到12 mm的鑄態試棒。整個過程采用體積分數為1%的SF6+C02氣體進行保護，防止鎂的氧化燒損。鑄態試棒在箱式電阻爐中進行430°C X 12 h固溶處理，出爐后25°C水冷并自然時效1天。在DWD電子萬能試驗機上進行固溶后試棒的拉伸試驗，拉伸速率為1 mm/min。切取金相試樣，磨制并用體積分數為5%的HF水溶液腐蝕，采用MDS倒置金相顯微鏡觀察組織和照相。用Quanta (200)掃描電鏡及其能譜儀分析合金形貌和元素分布；用夂^^代PRO型X射線衍射儀分析合金中的物相；用CorrTest電化學測試系統測試合金基體的腐蝕極化曲線，腐蝕液采用質量分數為
3.5%的NaCl水溶液，動電位掃描速率為3.33 mV/s,掃描范圍為-0.5~0.5V。
[0010]從圖1看出，在NB含量(質量分數，下同)從0到0.4%的變化過程中，合金的抗拉強度是逐漸增加的。Nb含量為0.4%時，抗拉強度達到最大值269.65 MPa。隨著Nb量的進一步增加，合金的抗拉強度下降。隨著Nb含量的增加，伸長率先下降后上升然后又下降，在0.4%處有個峰值，其值接近不含Nb金的伸長率。
[0011]從圖2和圖3中可見，鑄態合金由α (Α1)基體和沿晶界析出的第二相組成。晶界上的網狀脆性β相對合金力學性能是不利的，因此鑄態合金的力學性能很低。對比圖2和圖3可以發現，微量元素Nb對Al-4Cu-3Si合金有顯著的晶粒細化作用，而且加Nb后合金的縮松顯著減少，說明Nb能改善Al-4Cu-3Si合金的鑄造性能，細化組織晶粒，從而提高力學性能。
【主權項】
1.一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，其特征在于:在鑄態Al-4Cu-3Si合金中添加稀土 Nb元素，所述稀土 Nb元素以質量分數計為0.35%?0.42%,余量為Al-4Cu-3Si合金，采用常規的冶煉方式進行冶煉。2.根據權利要求1所述的一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，其特征在于:所述的稀土 Nb元素以中間合金的方式添加。3.根據權利要求1所述的一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，其特征在于:所述的稀土 Nb元素以質量分數計為0.4%,余量為Al-4Cu-3Si合金及雜質。
【專利摘要】為了有效提高Al-4Cu-3Si合金的強韌性，本發明公開了一種提高Al-4Cu-3Si合金強韌性的優化工藝，在鑄態Al-4Cu-3Si合金中添加稀土Nb元素，所述稀土Nb元素以質量分數計為0.35%～0.42%，余量為Al-4Cu-3Si合金，采用常規的冶煉方式進行冶煉。
【IPC分類】C22C21/16, C22C1/03, C22C1/06
【公開號】CN105296776
【申請號】CN201410279289
【發明人】周萌
【申請人】周萌
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年6月20日