[发明专利]一种低热裂倾向性Al-5%Cu基合金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-5%Cu基合金制备方法。

背景技术

Al-Cu系合金作为铝合金材料的一种，具有很高的室温及高温力学性能，尤其是强度和延伸率指标的搭配范围宽，性能潜力大，热处理强化明显而广泛使用于航空、航天、汽车、机械等行业中。Al-Cu系中Al-5%Cu基合金（ZL205合金）是我国自行研制的高强度铸造铝合金,是目前世界工业生产中强度较高的铸造铝合金之一，因而其在航空、航天、核工业、兵器工业中逐渐展现了广泛的应用前景。

近年来，随着航空航天事业的发展，对高强韧铸造铝合金的要求也越来越高，这就要求其应在满足力学性能的基础上，最大限度的降低缺陷率，尤其是热裂倾向性，以满足其要求。然而现有的制备方法得到的Al-5%Cu基合金在降低热裂倾向性的同时，不能保持合金的高强度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法得到的Al-5%Cu基合金结晶温度范围宽，热裂倾向性高的问题，本发明提供了一种低热裂倾向性Al-5%Cu基合金制备方法。

本发明的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金制备方法是通过以下步骤实现：一、按质量百分比称取如下原料：66.15%～82.45%的铝、10%的铝铜中间合金、2%～5%的铝锰中间合金、1.25%～5%的铝锆中间合金、1.25%～7.5%的铝钒中间合金、2%～5%的铝钛硼中间合金、0.15%～0.25%的镉和0.9%～1.1%的铝钇中间合金；二、将步骤一中的原料进行表面清洗，再自然干燥后混合装入石墨坩埚中，然后将石墨坩埚置于700～750℃的条件下加热至原料完全熔化后，再通入氩气20～40min，然后将熔体浇入模具中，得Al-5%Cu基合金激冷锭；三、按质量百分比称取15%~25%的步骤二得到的Al-5%Cu基合金激冷锭、50%～60%的铝、7%～8%的铝铜中间合金、1.5%～3.5%的铝锰中间合金、3%～4%的铝锆中间合金、5%～6%的铝钒中间合金、2%～4%的铝钛硼中间合金、0.1%～0.2%的镉和0.75%～0.85%的铝钇中间合金，然后混合装入石墨坩埚中，再将石墨坩埚置于700～750℃的条件下加热至原料完全熔化后，再通入氩气20～40min，然后浇注成板件，得到低热裂倾向性Al-5%Cu基合金。其中，步骤一和步骤三中所述的铝的质量纯度为99.99%，铝铜中间合金中含铜50%（质量），铝锰中间合金含锰10%（质量），铝锆中间合金含锆4%（质量），铝钒中间合金含钒4%（质量），铝钛硼中间合金含钛5%（质量）、含硼1%（质量），铝钇中间合金含钇为10%（质量），镉的质量纯度为99.999%。

本发明中Al-5%Cu基合金激冷锭及稀土元素钇（Y）的加入细化了Al-5%Cu基（ZL205A）合金组织，Al-5%Cu基合金激冷锭的加入使得合金熔体在凝固过程中异质形核质点增多，同时稀土元素钇的加入抑制了晶粒的长大，两者共同作用下，使得Al-5%Cu基合金组织细化，缩小了结晶温度区间，得到的Al-5%Cu基合金致密，在铸造过程中的热裂倾向性降低。此外，钇、铝、铜、钒金属元素之间具有较强的交互作用，形成化合物，并且该化合物沿晶界析出，在合金熔体凝固前期阻止晶粒生长细化了二次枝晶间距，从而细化了合金组织，并且对晶界处第二相起到了变质作用，使合金组织变得更加细小、致密，使得合金的结晶区间减小，降低了Al-5%Cu基合金在铸造过程中的热裂倾向性，同时合金的抗拉强度力学性能仍保持现有技术达到的强度。

本发明制备得到的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金的最大热裂抗力值为670N，与现有的同体系Al-5%Cu基合金相比，热裂抗力增加了103%，热裂抗力增加了Al-5%Cu基合金的力学性能，使得Al-5%Cu基合金热裂倾向性明显改善。同时，本发明得到的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金的抗拉伸强度达到450~500N，在保持现有Al-5%Cu基合金和强度的同时，实现了热裂倾向性缺陷的显著降低。

本发明的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金可更好、更安全地服役于航空、航天、核工业、兵器工业。

本发明的制备方法工艺简单，易于操作，原料中不含有贵金属元素，生产成本低。

附图说明

图1是具体实施方式十二得到的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金的合金组织晶粒粒度形貌图；图2是具体实施方式十二中作为对比制备得到添加0.1%稀土钇的Al-5%Cu基合金的合金组织晶粒粒度形貌图；图3是现有方法得到的Al-5%Cu基合金的合金组织晶粒粒度形貌图；图4是具体实施方式十二得到的低热裂倾向性Al-5%Cu基合金的冷却曲线图。