一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng)耐熱鋁合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng) 耐熱錯(cuò)合金。
【背景技術(shù)】
[0002] Al-Cu-Mg-Fe-Ni系鋁合金，具有良好的耐熱性，熱狀態(tài)下塑性高且加工性能好，被 廣泛用于生產(chǎn)高溫下具有較高強(qiáng)度的重要承力構(gòu)件。歐美的2618A，俄羅斯的AK4-1及常見 的2A70、2D70和2A80均為Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金。該類合金中S(Al 2CuMg)相為主要強(qiáng) 化相，且高溫穩(wěn)定性能較好，可使合金獲得良好的室溫性能并兼具較高的高溫性能。因此， 應(yīng)使合金獲得盡可能多的S(Al 2CuMg)相。根據(jù)S(Al2CuMg)相的嚴(yán)格計(jì)量比化學(xué)方程式可 知，為獲得 S (Al2CuMg)相應(yīng)使合金中 Cu/Mg 接近 2. 61 (w(Cu)/V(Mg) =63. 55/24. 31)。傳統(tǒng) Al-Cu-Mg-Fe-Ni 合金（2A70、2618 等）中 Cu、Mg 含量分別為 L 9~2· 5% 和 L 4~1· 8%。根據(jù) Cu/Mg=2. 61計(jì)算可知，當(dāng)Cu含量為合金的上限值2. 5%時(shí)，形成S (Al2CuMg)相所需的Mg含 量為0. 96%，遠(yuǎn)低于2A70合金中Mg含量的下限值（1. 4%)。因此，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中 Mg元素通常過量。通過增加 Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中Cu元素含量，使其與合金中過量Mg元 素形成S(A12CuMg)相，從而在該合金中獲得較大數(shù)量的強(qiáng)化相。
[0003] Fe、Ni對(duì)合金的耐熱性能有較好的幫助，但單獨(dú)添加 Fe或Ni將形成Al7Cu2Fe、 Al7Cu4Ni等難溶化合物。這些化合物均含Cu，它們的形成必然減少合金中S(Al 2CuMg)相的 數(shù)量，從而對(duì)合金的性能產(chǎn)生影響。Fe、Ni只有以1 :1的比例添加時(shí)，才能主要形成Al9FeNi 相而不影響合金中S(Al2CuMg)相的數(shù)量。該相在高溫下不易分解，具有較好的高溫穩(wěn)定性， 細(xì)小均勻分布的Al 9FeNi相也有利于提高合金的耐熱性能。但增加 Fe、Ni含量，在熔鑄過 程中容易出現(xiàn)粗大針狀A(yù)l9FeNi化合物聚集，顯著降低合金的力學(xué)性能，且在加工變形過程 中不易于破碎與分散，不利于合金耐熱性能的提高。因此，適當(dāng)降低合金中Fe、Ni含量對(duì)提 高合金的室溫力學(xué)性能有較大的幫助。
[0004] 此外，研宄表明合金中添加稀土 Sc元素能夠細(xì)化并改善Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中 強(qiáng)化相的形貌與分布，從而有效提高合金的強(qiáng)度和高溫耐熱性能。但Sc元素價(jià)格昂貴，難 以在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。因此，科研工作者致力于尋找經(jīng)濟(jì)適用、合理有效的微合金化方 法，研宄開發(fā)獲得新一代高強(qiáng)耐熱鋁合金。大量文獻(xiàn)對(duì)不同稀土元素對(duì)鋁合金組織與性能 的影響都進(jìn)行了報(bào)道，但稀土 Nd在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中的應(yīng)用卻未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng)耐熱錯(cuò)合金，通過 高Cu、低Fe、Ni與添加稀土 Nd的相互匹配、共同作用使合金獲得優(yōu)異的室溫強(qiáng)度和高溫性 能。
[0006] 上述技術(shù)問題是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的： 一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng)耐熱錯(cuò)合金，其特征在于：所述合金中各元素的 質(zhì)量百分比含量范圍分別為：Cu 2· 6~3· 5%，Mg L 3~1· 8%，F(xiàn)e 0· 1~0· 8%，Ni 0· 1~0· 8%，Nd 0. 05~0. 50%，Μη 0. 1~0. 25%，Zr 0. 1~0. 25%，余量為 Al ;所述合金中 Fe、Ni 元素以 1 :1 等比 例添加。
[0007] 發(fā)明的有益效果：本發(fā)明合金以1 :1比例添加 Fe、Ni元素，并將其含量降低到 0. 1~0. 8%。Fe、Ni含量的降低使合金中含F(xiàn)e難溶化合物數(shù)量減少，有利于合金室溫力學(xué) 性能的提高。同時(shí)，增加 Cu含量使其與合金中的過量Mg元素形成S(Al2CuMg)相。該相 為Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中的主要強(qiáng)化相，在高溫下較穩(wěn)定，既利于合金的室溫力學(xué)性能也 能提高合金的耐熱性能。另外，通過微量稀土 Nd元素的加入使合金的鑄造組織得到細(xì)化， 且在人工時(shí)效過程中使強(qiáng)化相彌散析出從而細(xì)化強(qiáng)化相。加入的稀土 Nd與Cu、Al形成 Al8Cu4Nd化合物，該稀土金屬間化合物恪點(diǎn)高，具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，也能夠有效提高合金 的高溫耐熱性能。本發(fā)明旨在通過高Cu、低Fe、Ni與稀土 Nd相互匹配，共同作用，力求同 時(shí)提高合金的室溫力學(xué)性能及高溫耐熱性能，使合金獲得優(yōu)異的綜合性能。
【附圖說明】
[0008] 圖1為實(shí)施例1中鑄造合金的掃描電鏡組織； 圖2為圖1的局部放大組織； 圖3為實(shí)施例1中合金峰時(shí)效態(tài)的掃描電鏡組織； 圖4為實(shí)施例1中合金試樣峰時(shí)效態(tài)的TEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
提供以下實(shí)施例及對(duì)比例，設(shè)計(jì)Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金成分，熔煉 鑄造并進(jìn)行熱擠壓變形加工及熱處理，具體實(shí)施說明如下： 本發(fā)明實(shí)施例及對(duì)比例合金的制備方法是按設(shè)計(jì)的合金成分進(jìn)行配置，并采用電阻坩 堝爐熔煉獲得鑄錠，所得鑄錠經(jīng)均勻化處理后進(jìn)行車皮加工并進(jìn)行熱擠壓獲得棒材。
[0010] 合金中各元素的質(zhì)量百分比含量范圍分別為：Cu 2. 6~3. 5%，Mg 1.3~1. 8%，F(xiàn)e 0· 1~0· 8%，Ni 0· 1~0· 8%，Nd 0· 05~0· 50%，Mn 0· 1~0· 25%，Zr 0· 1~0· 25%，余量為 Al ;所述合 金中Fe、Ni元素以1 :1等比例(質(zhì)量比例）添加。
[0011] 實(shí)施例1 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 6%，Mg 1. 7%，F(xiàn)e 0. 6%，Ni 0. 6%，Nd 0. 17%，Mn 0. 15%，Zr 0. 15%，余量為A1。擠壓棒材在530°C固溶處理I. 5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于0. 5 h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X 18 h。檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0012] 實(shí)施例2 合金成分為（重量百分比）：Cu 3. 0%，Mg L 65%，F(xiàn)e 0· 80%，Ni 0· 80%，Nd 0· 20%，Mn 0.15%，Zr 0.15%，余量為A1。擠壓棒材在535°C固溶處理I h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于I h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X20 h。檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0013] 實(shí)施例3 合金成分為（重量百分比）：Cu 3. 2%，Mg L 65%，F(xiàn)e 0· 1%，Ni 0· 1%，Nd 0· 50%，Mn 0. 15%，Zr 0. 15%，余量為A1。擠壓棒材在530°C固溶處理I. 5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于0. 5 h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X20 h。檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0014] 實(shí)施例4 合金成分為（重量百分比）：Cu 3. 5%，Mg L 6%，F(xiàn)e 0· 4%，Ni 0· 4%，Nd 0· 05%，Mn 0.15%，Zr 0.15%，余量為A1。擠壓棒材在535°C固溶處理I h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于I h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X20 h。檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0015] 實(shí)施例5 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 75%，Mg 1. 3%，F(xiàn)e 0. 55%，Ni 0. 55%，Nd 0. 20%，Mn 0.25%，Zr 0.1%，余量為A1。擠壓棒材在530°C固溶處理1.5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于0. 5 h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X 18 h。經(jīng)檢測(cè)，室溫及高溫力學(xué)性能優(yōu)異。
[0016] 實(shí)施例6 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 6%，Mg 1. 5%，F(xiàn)e 0. 5%，Ni 0. 5%，Nd 0. 15%，Mn 0. 15%，Zr 0. 15%，余量為A1。擠壓棒材在535°C固溶處理I. 5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于0. 5 h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X 18 h。經(jīng)檢測(cè)，室溫及高溫力學(xué)性能優(yōu)異。
[0017] 實(shí)施例7 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 7%，Mg 1. 8%，F(xiàn)e 0. 6%，Ni 0. 6%，Nd 0. 25%，Mn 0.1%，Zr 0.25%，余量為A1。擠壓棒材在530°C固溶處理1.5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬 火后的試樣于0. 5 h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為 195°C X20 h。經(jīng)檢測(cè)，室溫及高溫力學(xué)性能優(yōu)異。
[0018] 對(duì)比例1 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 4%，Mg L 5%，F(xiàn)e L 1%，Ni L 1%，Mn 0· 15%，Zr 0.15%，余量為A1。擠壓棒材在530°C固溶處理1.5 h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬火后的試樣 于I h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為195°C X 12 h。 檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0019] 對(duì)比例2 合金成分為（重量百分比）：Cu 2. 65%，Mg L 5%，F(xiàn)e L 1%，Ni L 1%，Mn 0· 15%，Zr 0.15%，余量為A1。擠壓棒材在535°C固溶處理I h后于室溫下進(jìn)行水淬，淬火后的試樣于 0.5h內(nèi)立即在空氣循環(huán)爐中進(jìn)行時(shí)效使合金達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，時(shí)效制度為195°C X 12 h。 檢測(cè)所得該合金的室溫及高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。
[0020] 表1本發(fā)明合金及對(duì)比合金的室溫及高溫力學(xué)性能
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng)耐熱錯(cuò)合金，其特征在于，所述合金中 各元素的質(zhì)量百分比含量范圍分別為：Cu 2. 6~3. 5%，Mg 1.3~1.8%，F(xiàn)e 0. 1~0. 8%，Ni 0? 1~0. 8%，Nd 0? 05~0. 50%，Mn 0? 1~0. 25%，Zr 0? 1~0. 25%，余量為 Al ;所述合金中 Fe、Ni 元 素以I :1等比例添加。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高強(qiáng)耐熱鋁合金，其組份及其重量百分含量為：Cu 2.6~3.5%，Mg 1.3~1.8%，F(xiàn)e 0.1~0.8%，Ni 0.1~0.8%，Nd 0.05~0.5%，Mn 0.1~0.25%，Zr 0.1~0.25%。本發(fā)明旨在通過高Cu、低Fe、Ni與稀土Nd相互匹配，共同作用，力求同時(shí)提高合金的室溫力學(xué)性能及高溫耐熱性能，使合金獲得優(yōu)異的綜合性能。
【IPC分類】C22C21-16
【公開號(hào)】CN104862563
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510208359
【發(fā)明人】任欣, 丁清偉, 邵宇光, 張軍利, 姜魁光, 縱榮榮, 張洪輝, 王玉林
【申請(qǐng)人】山東南山鋁業(yè)股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日