專利名稱：高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造鋁合金，特別涉及一種同時(shí)具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率綜合力學(xué)性能的高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外非常重視高強(qiáng)度鋁合金的研究和開發(fā)。鑄造鋁合金作為傳統(tǒng)的金屬材料，因其具有密度低，比強(qiáng)度高，生產(chǎn)零件靈活、簡(jiǎn)單，易于小批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)與國(guó)防的發(fā)展，對(duì)鑄造鋁合金，尤其是具有特殊性能，如具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性的鑄造鋁合金，需求量越來(lái)越大。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，高強(qiáng)度鑄造鋁合金已形成完整系列，性能趨于穩(wěn)定，生產(chǎn)方法日漸完善，成為材料領(lǐng)域中不可或缺的合金體系，并已在汽車、航空和航天工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。通常，高強(qiáng)度鑄造鋁合金的抗拉強(qiáng)度，一般達(dá)300～500MPa，但延伸率僅為1％～10％。20世紀(jì)60年代至70年代，中國(guó)北京航空材料研究院研制成功了ZL205A合金。ZL205A(T6熱處理)的最高抗拉強(qiáng)度為510MPa，是目前報(bào)道中強(qiáng)度最高的鑄造鋁合金材料，其延伸率為7％；20世紀(jì)90年代，北京航空材料研究院研制出一種與ZL205A成分相近、韌性特別好的鑄造鋁合金材料(稱高韌205A)延伸率達(dá)19％～23％，抗拉強(qiáng)度為385～405MPa；隨著工業(yè)生產(chǎn)與國(guó)防現(xiàn)代化的發(fā)展，降低結(jié)構(gòu)件重量的要求日益迫切，應(yīng)用鋁合金的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。例如，隨著航空、航天和汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，為提高車速、降低油耗、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，降低單車重量的壓力越來(lái)越大，鑄造鋁合金在航空、航天和汽車行業(yè)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，以替代主要結(jié)構(gòu)件中不僅承受靜載荷，而且承受很大沖擊和振動(dòng)的鋼鐵部件(如汽車底盤支架等)，從而對(duì)鑄造鋁合金的強(qiáng)度和韌性提出了更高的要求。因此，目前急需發(fā)明一種同時(shí)具有高強(qiáng)度高韌性的鑄造鋁合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種綜合力學(xué)性能高于目前鑄造鋁合金的高強(qiáng)高韌鋁合金，即該合金不但具有較高的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)還具有較高的延伸率。
本發(fā)明高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金，由以下組分按重量百分比組成Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr 0.03～0.7；Al余量。
本發(fā)明是在ZL205A合金的成分基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化Cu、Mn等元素，并添加稀土元素Pr，以改變鑄造鋁合金的組織，達(dá)到同時(shí)提高鑄造鋁合金的強(qiáng)度和延伸率。目前，世界報(bào)道鑄造鋁合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率的最高綜合性能分別為高強(qiáng)ZL205A合金的抗拉強(qiáng)度為510MPa，延伸率為7％；高韌205A合金的抗拉強(qiáng)度為385～405MPa，延伸率為19～23％。本發(fā)明研制的鑄造鋁合金最高抗拉強(qiáng)度達(dá)520Mpa時(shí)，其延伸率為13.5％，其強(qiáng)度和韌性均高于ZL205A合金；本發(fā)明研制的鑄造鋁合金在延伸率為16.5％(稍低于高韌205A合金)時(shí)，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到505MPa，比高韌205A合金的抗拉強(qiáng)度提高了100MPa。因此，本發(fā)明的新型高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金的綜合力學(xué)性能明顯高于目前報(bào)道的鑄造鋁合金。


圖1是實(shí)施例1成分鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線；圖2是實(shí)施例2成分鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線；圖3是實(shí)施例3成分鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線；圖4是實(shí)施例4成分鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1制備重量百分比含量為Cu4.5～5.0；V0.05～0.1；Mn0.3～0.35；Ti0.15～0.2；B0.005～0.015；Cd0.15～0.2；Zr0.05～0.1；Pr0.03；Al余量的鑄造鋁合金。
按常規(guī)制備鑄造鋁合金方法用料，將除Pr元素之外的所有計(jì)算量原料混合在電阻坩堝爐中熔化后，在850℃左右加入無(wú)毒精煉劑精煉，并在此溫度下靜置5～10分鐘；再向精煉后的合金熔液中加入計(jì)算量稀土元素Pr；攪拌后靜置10分鐘，在850℃下澆注。經(jīng)過(guò)T6(固溶時(shí)效)熱處理后，制取拉伸試樣。此成份下的鑄造鋁合金拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1所示。其抗拉強(qiáng)度σb為480～495MPa，延伸率δ為10.5～12.0％。
實(shí)施例2制備重量百分比含量為Cu5.5～6.0；V0.15～0.2；Mn0.35～0.4；Ti0.2～0.3；B0.02～0.03；Cd0.15～0.2；Zr0.10～0.15；Pr0.45；Al余量的鑄造鋁合金。
制備方法同實(shí)施例1，此成份下的鑄造鋁合金拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。其抗拉強(qiáng)度σb為505～520MPa，延伸率δ為13.5～16.5％。
實(shí)施例3制備重量百分比含量為Cu6.5～7.0；V0.25～0.3；Mn0.4～0.45；Ti0.3～0.35；B0.045～0.06；Cd0.2～0.25；Zr0.15～0.2；Pr0.7；Al余量的鑄造鋁合金。
制備方法同實(shí)施例1，此成份下的鑄造鋁合金拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。其抗拉強(qiáng)度σb為460～485MPa，延伸率δ為12.5～13.5％。
實(shí)施例4制備重量百分比含量為Cu4.5～5.0；V0.05～0.1；Mn0.3～0.35；Ti0.15～0.2；B0.005～0.015；Cd0.15～0.2；Zr0.05～0.1；Pr0.45；Al余量的鑄造鋁合金。
制備方法同實(shí)施例1。其抗拉強(qiáng)度σb為490～500MPa，延伸率δ為13.5～15.5％。
實(shí)施例5制備重量百分比含量為Cu6.5～7.0；V0.25～0.3；Mn0.4～0.45；Ti0.3～0.35；B0.045～0.06；Cd0.2～0.25；Zr0.15～0.2；Pr0.45；Al余量的鑄造鋁合金。制備方法同實(shí)施例1。其抗拉強(qiáng)度σb為485～505MPa，延伸率δ為11.5～12.5％。
對(duì)比試驗(yàn)例6制備重量百分比含量為Cu4.5～5.0；V0.05～0.1；Mn0.3～0.35；Ti0.15～0.2；B0.005～0.015；Cd0.15～0.2；Zr0.05～0.1；Al余量的鑄造鋁合金(不含有Pr元素)。
按常規(guī)方法制備，此成份下的鑄造鋁合金拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4所示。其抗拉強(qiáng)度σb為400～440MPa，延伸率δ為5.5～7％。
從加入和未加入稀土元素的鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上很清楚看出，加入稀土元素的鑄造鋁合金的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率較陡，說(shuō)明此合金具有較大的彈性模量，也就是具有較好的剛度，而未加入稀土元素的鑄造鋁合金的彈性模量較??；同時(shí)，加入稀土元素比未加入稀土元素的鑄造鋁合金的屈服強(qiáng)度也要高。因此，加入稀土元素對(duì)本鑄造鋁合金的綜合力學(xué)性能的提高起至關(guān)重要的作用。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金，其特征在于由以下組分按重量百分比組成Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr0.03～0.7；Al余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時(shí)具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率綜合力學(xué)性能的高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金，由以下組分按重量百分比組成Cu 4.5～7.0；V 0.05～0.3；Mn 0.3～0.45；Ti 0.15～0.35；B 0.005～0.06；Cd 0.15～0.25；Zr 0.05～0.2；Pr 0.03～0.7；Al余量。本發(fā)明鑄造鋁合金最高抗拉強(qiáng)度達(dá)520Mpa時(shí)，其延伸率為13.5％，其強(qiáng)度和韌性均高于ZL205A合金；本發(fā)明鑄造鋁合金在延伸率為16.5％時(shí)，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到505MPa，比高韌205A合金的抗拉強(qiáng)度提高了100MPa。因此，本發(fā)明高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金的綜合力學(xué)性能明顯高于目前報(bào)道的鑄造鋁合金。
文檔編號(hào)C22C21/12GK1928136SQ20061001710
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者姜啟川, 趙文貴, 王金國(guó), 李永, 王慧遠(yuǎn), 沈平 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)