[发明专利]一种铝合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种铝合金的制备方法。

背景技术

Al-Cu合金具有室温和高温性能高、切削加工性能好、塑性和抗蚀性好等特点。其中ZL205A高强铸造铝合金具有强度高、韧性好、加工性好、电镀性好、耐腐蚀等综合性能。由于其优异的综合性能，广泛应用于航空航天领域。但因其结晶温度范围宽,铸造性能很差,特别是热裂倾向较大，缩松、缩孔倾向也大，且壁厚敏感性大，易产生疏松、热裂及氧化夹杂等缺陷。

Al-Cu合金中加入少量的稀土元素往往可以起到变质、细化的作用。稀土元素不仅能明显细化铝合金铸态晶粒，还能细化二次枝晶间距，并能改善第二相的分布及形态。有文献指出，钇基重稀土不仅降低Al-Cu合金中铜元素在铝中的固溶度，增加该合金的硬度，而且对合金组织及第二相具有明显的细化及变质作用。改善Al-Cu合金性能的研究工作虽然一直在进行，稀土元素Y对合金有细化和强化作用，但是过量添加会使合金的性能下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铝合金的制备方法，确定了最适宜的稀土Y的添加量，以提高合金的力学性能。

本发明采用以下技术方案：

一种铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C₂Cl₆精炼，静置20min，720℃浇注金属试样，模具浇注温度为250-300℃；

步骤二：金属试样在箱式回火电阻炉中进行固溶处理，温度为538±5℃，时间为14h；

步骤三：金属试样经固溶处理后快速冷却至室温，再在箱式回火电阻炉中进行时效处理，温度为175±5℃，时间为4h。

优选的，所述的固溶处理，温度为538℃。

优选的，所述的时效处理，温度为175℃。

本发明的有益效果在于：

1)稀土元素Y对ZL205A合金铸态组织有细化作用，当Y含量为0.1％时，细化效果最好。

2)稀土元素Y对ZL205A合金有强化作用，但是过量添加会使合金的性能下降。当Y含量为0.1％时，合金的综合性能最好。

附图说明

图1为Y含量对合金力学性能的影响曲线图；

图2为Y对ZL205A合金高温力学性能的影响曲线。

具体实施方式

实施例1

一种铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：铝合金熔炼，铝合金包含以下重量百分比的化学成分：Cu4.87％、Mn0.5％、Ti0.27％、Cd0.16％、V0.12％、Fe<0.1、稀土Y1％，余量为Al；用12KW的坩埚电阻炉熔炼铝合金，720-730℃时用重量百分比0.6％的C₂Cl₆精炼，静置20min，720℃浇注金属试样，模具浇注温度为250-300℃；

步骤二：金属试样在箱式回火电阻炉中进行固溶处理，温度为538±5℃，时间为14h；

步骤三：金属试样经固溶处理后快速冷却至室温，再在箱式回火电阻炉中进行时效处理，温度为175±5℃，时间为4h。

所述的固溶处理，温度为538℃。

所述的时效处理，温度为175℃。

实验测试方法：

在拉伸机试验机(型号：INSTRON-3382)上进行室温和300℃拉伸试验，测定试样的强度与伸长率。

1)Y对试样力学性能的影响

图1所示为Y含量对合金力学性能的影响曲线。从图1(a)可以看出，添加不同含量Y时，铸态合金的抗拉强度在187-210MPa之间波动，随着Y含量的增加，抗拉强度先增加再降低，当Y含量为0.1％时，合金强度达到最高，其延伸率则呈现出与之相反的变化趋势；图1(b)为热处理状态下合金的室温力学性能变化曲线，其抗拉强度呈现先升高后降低的趋势，当Y含量为0.1％时，强度最高为465MPa，延伸率与之变化相反；由图1(c)可以看出试样的硬度随着Y含量的增加波动较小，铸态和热处理状态的最大硬度分别为73HB、144HB。

2)Y对ZL205A合金高温组织及性能的影响

图2所示为300℃时，Y对ZL205A合金高温力学性能的影响曲线。由图2可以看出，添加不同含量Y时，ZL205A合金300℃拉伸抗拉强度在164-192MPa之间波动。未变质合金的高温抗拉强度为168.9MPa，延伸率为20％，随着Y含量的增加，合金的抗拉强度先增加再降低，延伸率的变化规律与之相反。当含Y量为0.1％时，ZL205A合金高温强度最高达到192MPa，延伸率为10.58％，强度相比未变质合金提高了13.7％。