CN111101038A - 一种多元耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多元耐热铝合金及其制备方法,主要涉及合金技术领域。一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5‑8%,Mg:1.5‑2.5%,Ag:0.5‑1.5%,Mn:0.3‑0.6%,Zr:0.2‑0.5%,余量为Al及不可避免杂质。由以下步骤加工出多元耐热铝合金:按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al‑Cu中间合金、Al‑Ag中间合金、Al‑Mn中间合金和Al‑Zr中间合金;将S1步骤中称取的原料进行预热‑熔化‑铸造‑热处理‑挤压成型工艺得到多元耐热铝合金型材。本发明的有益效果在于:本发明通过合理优化合金元素,利用Ag、Zr元素提高其耐热性能与高温下的力学性质,利用Cu、Mn、Mg等元素提高其强度、延展性等力学性能,使该合金具有良好的常温与高温下的力学性能。
Description
技术领域
本发明主要涉及合金技术领域,具体是一种多元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,在航空航天、高速轻轨列车以及3C产品等高端领域内都具有很大的应用优势。目前商用铝合金主要分为铸造铝合金和变形铝合金两大类,在铸造铝合金中Al-Cu系由于具有室温力学性能优异、流动性好、热烈倾向小、低廉的价格和铸造工艺简单而应用最为广泛,作为代表的主要有2004系列和2A12系列被应用在高速轻轨列车领域内,但是该系列合金存在塑性较差以及高温力学性能较差的缺陷,一旦因为摩擦温度较高,则会出现铝合金力学性能急剧下降,存在安全隐患。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种多元耐热铝合金及其制备方法,它通过合理优化合金元素,利用Ag、Zr元素提高其耐热性能与高温下的力学性质,利用Cu、Mn、Mg等元素提高其强度、延展性等力学性能,使该合金具有良好的常温与高温下的力学性能。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:
一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5-8%,Mg:1.5-2.5%,Ag:0.5-1.5%,Mn:0.3-0.6%,Zr:0.2-0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
优选的,一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:7.5%,Mg:2.5%,Ag:1.0%,Mn:0.5%,Zr:0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
一种多元耐热铝合金的制备方法,包括以下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金;
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到加热至750-770℃的反应釜内熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温10-15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣;
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720-730℃,静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金;
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理;
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400~450℃下预热2小时,在420~450℃下进行挤压制备出相应的变形合金型材。
优选的,所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为460-480℃,处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温,时效处理温度为100-120℃,处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
优选的,所述S5步骤中挤压比为10:1~30:1,挤压速度为2.0~3.5m/min。
对比现有技术,本发明的有益效果是:
本发明提供的铝合金中的Cu含量为5-8%,Cu在Al中有比较大的固溶度,具有明显的强化作用,其强化作用表现在两方面,一是通过形成Al2Cu金属间化合物的第二相强化,二是通过原子Cu在Al基体中形成固溶体的固溶强化;本发明提供的铝合金中的Mg量为1.5-2.5%,Mg在铝合金中具有较强的固溶强化和时效强化作用,同时Mg的添加能够提高合金的塑性。本发明通过引入适量Ag、Mn和Zr等高价元素,能够显著改善铝合金的高温性能,熔炼及热处理工艺简单,显微组织均匀,合金力学性能和耐热性能得到显著提高。
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。
本发明所述一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5-8%,Mg:1.5-2.5%,Ag:0.5-1.5%,Mn:0.3-0.6%,Zr:0.2-0.5%,余量为Al及不可避免杂质。作为优选的,由以下重量百分比的组分组成的铝合金高温下力学性能更优:Cu:7.5%,Mg:2.5%,Ag:1.0%,Mn:0.5%,Zr:0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
一种多元耐热铝合金的制备方法,包括以下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金。
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用,将反应釜在250-350℃下预热10分钟,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750-770℃至完全熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温10-15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720-730℃,静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金。
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理,所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为460-480℃,处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温,然后紧接着进行时效处理,时效处理温度为100-120℃,处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400~450℃下预热2小时,在420~450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材,挤压比为10:1~30:1,挤压速度为2.0~3.5m/min。
实施例1:
本发明所述一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5%,Mg:1.5%,Ag:0.5%,Mn:0.3%,Zr:0.2%,余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭715kg、纯Mg锭15kg、Al-50Cu中间合金100kg、Al-5Ag中间合金100kg、Al-10Mn中间合金30kg、Al-5Zr中间合金40kg。
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用,将反应釜在300℃下预热10分钟,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720℃,静置10min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即得到铸态合金。
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理,所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为480℃,处理时间10小时后在空气中冷却至室温,然后紧接着进行时效处理,时效处理温度为120℃,处理时间为20小时后在空气中冷却至室温。
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时,在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材,挤压比为30:1,挤压速度为2.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例2:
本发明所述一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5.5%,Mg:2.0%,Ag:0.8%,Mn:0.4%,Zr:0.3%,余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭610kg、纯Mg锭20kg、Al-50Cu中间合金110kg、Al-5Ag中间合金160kg、Al-10Mn中间合金40kg、Al-5Zr中间合金60kg。
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用,将反应釜在300℃下预热10分钟,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720℃,静置10min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即得到铸态合金。
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理,所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为460℃,处理时间12小时后在空气中冷却至室温,然后紧接着进行时效处理,时效处理温度为100℃,处理时间为24小时后在空气中冷却至室温。
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时,在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材,挤压比为20:1,挤压速度为3.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例3:
本发明所述一种多元耐热铝合金,由以下重量百分比的组分组成:Cu:7.5%,Mg:2.5%,Ag:1.0%,Mn:0.5%,Zr:0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
其制备方法按照如下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭475kg、纯Mg锭25kg、Al-50Cu中间合金150kg、Al-5Ag中间合金200kg、Al-10Mn中间合金50kg、Al-5Zr中间合金100kg。
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h备用,将反应釜在300℃下预热10分钟,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到反应釜内并加热至750℃至完全熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣。
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720℃,静置10min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即得到铸态合金。
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理,所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为460℃,处理时间12小时后在空气中冷却至室温,然后紧接着进行时效处理,时效处理温度为100℃,处理时间为24小时后在空气中冷却至室温。
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时,在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材,挤压比为10:1,挤压速度为3.5m/min。
该合金具体力学数据见表1。
实施例4:
本实施例相对于实施例3组分相同,制备方法的S5步骤中,将S4步骤热处理完成的铸态合金在400℃下预热2小时,在450℃下在挤压设备上进行挤压制备出相应的变形合金型材,挤压比为30:1,挤压速度为2.0m/min。
该合金具体力学数据见表1。
对比例1:
取一款2004系列铝合金、一款2A12系列铝合金进行对比,合金具体力学数据见表1。
表1 实施例及对照例所得铝合金的性能检测结果
综上所述,本发明提供的一种多元耐热铝合金相较于现有同类铝合金产品而言,具有更好的常温力学性能与高温力学性能,其常温抗拉强度在530MPa以上,伸长率在7.0%以上,且在250℃时抗拉强度达到480MPa以上,伸长率超过8.0%。由此可见其抗高温性能更强,更适用于高端的高温领域的机械制造产业。
由实施例3与实施例4的对比可见,挤压工艺的挤压比与挤压速度对于产品的力学性能同样具有影响,挤压比越大,得到的铝合金产品的性能越优异。
Claims (5)
1.一种多元耐热铝合金,其特征在于,由以下重量百分比的组分组成:Cu:5-8%,Mg:1.5-2.5%,Ag:0.5-1.5%,Mn:0.3-0.6%,Zr:0.2-0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种多元耐热铝合金,其特征在于,由以下重量百分比的组分组成:Cu:7.5%,Mg:2.5%,Ag:1.0%,Mn:0.5%,Zr:0.5%,余量为Al及不可避免杂质。
3.一种多元耐热铝合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:按照上述重量百分数称取纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金;
S2:将S1步骤中称取的纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金分别于200℃条件下干燥预热2h,然后将纯Al锭、纯Mg锭加入到加热至750-770℃的反应釜内熔化,然后加入Al-Cu中间合金、Al-Ag中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金至熔化,保温10-15分钟,待到合金全部熔化后去除表面浮渣;
S3:将合金熔液温度升至770℃后停止升温,然后搅拌均匀,再降温至720-730℃,静置5-10min后将合金液浇注至预热温度为250-300℃的金属型模具中自然冷却即得到铸态合金;
S4:将S3步骤所得铸态合金进行热处理;
S5:将S4步骤热处理完成的铸态合金在400~450℃下预热2小时,在420~450℃下进行挤压制备出相应的变形合金型材。
4.根据权利要求3所述的一种多元耐热铝合金的制备方法,其特征在于:所述热处理包括依次进行的固溶处理和时效处理,固溶处理温度为460-480℃,处理时间8-12小时后在空气中冷却至室温,时效处理温度为100-120℃,处理时间为12-24小时后在空气中冷却至室温。
5.根据权利要求3所述的一种多元耐热铝合金的制备方法,其特征在于:所述S5步骤中挤压比为10:1~30:1,挤压速度为2.0~3.5m/min。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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