一種鋁銅合金及其鑄造方法與流程
2023-06-06 17:38:16
本發明涉及鋁銅合金技術領域，具體的說，涉及了一種鋁銅合金及其製備方法。
背景技術：
隨著材料技術的發展，鋁合金不斷壯大，鋁和鋁合金的用量已是僅次於鋼鐵的金屬材料，鋁銅合金具有良好的高溫和超低溫性能，而廣泛應用於航空航天飛行器、輕型裝甲以及汽車的某些零部件等民用領域。但目前鋁銅合金焊接性能的研究較少，有待於進一步深入。
鋁銅合金屬於固溶型，其結晶間隔寬，鑄造性能差，鑄造過程中易出現熱烈、疏鬆、偏折等缺陷。鋁銅合金多用於帶冷鐵的砂型鑄造，較少用於金屬型鑄造。但是，砂型鑄造存在著嚴重的缺陷，即凝固時間長，晶粒粗大，力學性能低。成型性能差嚴重製約了鋁銅合金的應用範圍，為了克服這一致命弱點，人們從提高材料的鑄造性能和開發材料新的成形技術兩方面進行了大量的研究。
比如，在公開號為cn101205582a的專利文件中，公開了一種鋁銅合金材料及其鑄造、熱處理工藝，它是採用純鋁、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鈦合金為原材料，經鑄造、熱處理製成，其組分的重量份為：純鋁75-88，鋁銅合金6-12，鋁鎂合金2-7，鋁鈦合金4-8。該發明的鋁銅合金材料具有較高的強度，優異的塑性，良好的流動性且具有良好熱處理性、切削加工性和拋光性，鑄造後不易出現砂眼、氣孔、縮松。
又比如，在公開號為cn105441756a的專利文件中，公開了一種fe-be耐熱鋁銅合金及其製備方法，含fe-be耐熱鋁銅合金，其化學成分按照重量百分比為：cu：6-7％，mn：0.5-0.7％，ni：0.5-0.7％，cr：0.3-0.4％，fe：0.3-0.4％，be：0.3-0.4％，v：0.2-0.3％，ti：0.15-0.25％，b：0.01-0.015％，ce：2.5-3％，la：1.5-2％，餘量為al和不可避免的雜質。製備方法：(1)熔煉：加入鋁鉻中間合金，熔化降溫，以中間合金形式加入其它合金和鋁，加覆蓋劑，恆溫後加鋁精煉劑；(2)澆鑄；(3)進行固溶+時效處理。fe-be耐熱鋁銅合金，通過多元合金化、經熱處理後顯著提高了合金的室溫、高溫強度和高溫持久性能。
但上述發明中的鋁銅合金的性能仍能進一步加強。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供了一種鋁銅合金及其製備方法，具有較佳地抗拉強度和耐熱性；而且鑄造過程不易熱烈、疏鬆、偏折等缺陷。
本發明提供的一種鋁銅合金，包括以下按重量百分數計的原料：
cu：5-6％、mn：0.3-0.6％、mg：0.05-0.08％、ti：0.15-0.25％、v：0.1-0.2％、zr：0.05-0.2％、b：0.01-0.015％、cd：0.15-0.25％、sc：0.02-0.1％、bi：0.1-0.3％，餘量為al。
作為優選，al的含鋁量≥99％。
作為優選，鋁銅合金包括以下按重量百分數計的原料：cu：4.4％、mn：0.3％、mg：0.07％、ti：0.20％、v：0.15％、zr：0.18％、b：0.012％、cd：0.2％、sc：0.07％、bi：0.24％，餘量為al。
本發明還提供了一種鋁銅合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)、將配置好的al-cu-mg、al-mn、al-v、al-zr、al-ti-b、al-cd、等中間合金和al投入熔煉爐，並加入稀土bi、sc進行攪拌，攪拌均勻後在720-740℃下進行熔煉；
(2)、加入精煉劑，精煉3-4min，扒渣後靜置5-10min，澆入金屬模具中；
(3)、將上述得到的鋁銅合金材料進行熱處理，固溶處理：500-520℃；保溫10h，採用80-90℃淬火；時效處理：170-180℃；保溫4h；
(4)、將熱處理後材料加工成所需尺寸，分別進行室溫拉伸和高溫拉伸。
其中，
精煉劑包括以下按重量百分數計的原料：二氧化矽10-20％、偏鋁酸鈉5-15％、氟矽酸鈉2-10％、六氟鈦酸鈉5-10％、二氧化釩10-20％、碳酸鈉45-60％。
精煉劑所佔比例為0.33％。
步驟(1)中熔煉後將溫度升高至750℃，攪拌2-3min。
步驟(2)中的溫度控制在700-710℃。
本發明的一種鋁銅合金及其製備方法，具有較佳地抗拉強度和耐熱性；而且鑄造過程不易熱烈、疏鬆、偏折等缺陷，具體的有益效果如下：
(1)、鋁銅合金在室溫和高溫下，隨之銅的含量提高，合金的強度增加，銅能改善合金的焊接性；mn能提高合金的耐熱性能，能減少和合金的蠕變量，降低蠕變速率，降低合金焊接時的裂紋傾向；ti能細化合金的鑄態晶粒，增加晶粒接觸面積；
(2)、v能降低合金的熱裂傾向；zr能細化晶粒，提高合金的再結晶溫度和固溶體的穩定性，提高合金的耐熱性；b的加入有利於合金的加工，增加塑性；cd能提高合金的抗拉強度和耐磨性；sc能提高合金的抗拉強度和屈服強度；bi能改善合金的鑄造性能；
(3)、本發明各原料對應比例的混合，能有效地提高合金的抗拉強度、耐熱性；而且鑄造過程不易熱烈、疏鬆、偏折等缺陷。
具體實施方式
以下結合具體實施例對發明作進一步詳細的描述。
實施例1
本實施例的一種鋁銅合金，包括以下按重量百分數計的原料：
cu：5％、mn：0.3％、mg：0.05％、ti：0.15％、v：0.1％、zr：0.05％、b：0.01％、cd：0.15％、sc：0.02％、bi：0.1％，餘量為al。
本實施例中，al的含鋁量≥99％。
本實施例還提供了一種鋁銅合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)、將配置好的al-cu-mg、al-mn、al-v、al-zr、al-ti-b、al-cd、等中間合金和al投入熔煉爐，並加入稀土bi、sc進行攪拌，攪拌均勻後在720℃下進行熔煉；
(2)、加入精煉劑，精煉3-4min，扒渣後靜置5min，澆入金屬模具中；
(3)、將上述得到的鋁銅合金材料進行熱處理，固溶處理：500℃；保溫10h，採用80℃淬火；時效處理：170℃；保溫4h；
(4)、將熱處理後材料加工成所需尺寸，分別進行室溫拉伸和高溫拉伸。
其中，
精煉劑包括以下按重量百分數計的原料：二氧化矽10％、偏鋁酸鈉5％、氟矽酸鈉2％、六氟鈦酸鈉5％、二氧化釩10％、碳酸鈉45％。
精煉劑所佔比例為0.33％。
步驟(1)中熔煉後將溫度升高至750℃，攪拌2min。
步驟(2)中的溫度控制在700℃。
實施例2
本實施例的一種鋁銅合金，包括以下按重量百分數計的原料：
cu：5.5％、mn：0.3％、mg：0.07％、ti：0.20％、v：0.15％、zr：0.18％、b：0.012％、cd：0.2％、sc：0.07％、bi：0.24％，餘量為al。
本實施例中，al的含鋁量≥99％。
本實施例還提供了一種鋁銅合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)、將配置好的al-cu-mg、al-mn、al-v、al-zr、al-ti-b、al-cd、等中間合金和al投入熔煉爐，並加入稀土bi、sc進行攪拌，攪拌均勻後在730℃下進行熔煉；
(2)、加入精煉劑，精煉3.5min，扒渣後靜置8min，澆入金屬模具中；
(3)、將上述得到的鋁銅合金材料進行熱處理，固溶處理：510℃；保溫10h，採用85℃淬火；時效處理：175℃；保溫4h；
(4)、將熱處理後材料加工成所需尺寸，分別進行室溫拉伸和高溫拉伸。
其中，
精煉劑包括以下按重量百分數計的原料：二氧化矽15％、偏鋁酸鈉10％、氟矽酸鈉6％、六氟鈦酸鈉8％、二氧化釩15％、碳酸鈉50％。
精煉劑所佔比例為0.33％。
步驟(1)中熔煉後將溫度升高至750℃，攪拌2.5min。
步驟(2)中的溫度控制在705℃。
實施例3
本實施例的一種鋁銅合金，包括以下按重量百分數計的原料：
cu：6％、mn：0.6％、mg：0.08％、ti：0.25％、v：0.2％、zr：0.2％、b：0.015％、cd：0.25％、sc：0.1％、bi：0.3％，餘量為al。
本實施例中，al的含鋁量≥99％。
本實施例還提供了一種鋁銅合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)、將配置好的al-cu-mg、al-mn、al-v、al-zr、al-ti-b、al-cd、等中間合金和al投入熔煉爐，並加入稀土bi、sc進行攪拌，攪拌均勻後在740℃下進行熔煉；
(2)、加入精煉劑，精煉4min，扒渣後靜置10min，澆入金屬模具中；
(3)、將上述得到的鋁銅合金材料進行熱處理，固溶處理：520℃；保溫10h，採用80-90℃淬火；時效處理：180℃；保溫4h；
(4)、將熱處理後材料加工成所需尺寸，分別進行室溫拉伸和高溫拉伸。
其中，
精煉劑包括以下按重量百分數計的原料：二氧化矽20％、偏鋁酸鈉15％、氟矽酸鈉10％、六氟鈦酸鈉10％、二氧化釩20％、碳酸鈉60％。
精煉劑所佔比例為0.33％。
步驟(1)中熔煉後將溫度升高至750℃，攪拌3min。
步驟(2)中的溫度控制在710℃。
實施例4
一種鋁銅合金，包括以下按重量百分數計的原料：
cu：6％、mn：0.4％、mg：0.06％、ti：0.1％、v：0.2％、zr：0.2％、b：0.013％、cd：0.2、sc：0.08％、bi：0.3％，餘量為al。
本實施例中，al的含鋁量≥99％。
本實施例還提供了一種鋁銅合金的製備方法，包括以下步驟：
(1)、將配置好的al-cu-mg、al-mn、al-v、al-zr、al-ti-b、al-cd、等中間合金和al投入熔煉爐，並加入稀土bi、sc進行攪拌，攪拌均勻後在740℃下進行熔煉；
(2)、加入精煉劑，精煉3min，扒渣後靜置5min，澆入金屬模具中；
(3)、將上述得到的鋁銅合金材料進行熱處理，固溶處理：510℃；保溫10h，採用80℃淬火；時效處理：175℃；保溫4h；
(4)、將熱處理後材料加工成所需尺寸，分別進行室溫拉伸和高溫拉伸。
其中，
精煉劑包括以下按重量百分數計的原料：二氧化矽20％、偏鋁酸鈉15％、氟矽酸鈉2％、六氟鈦酸鈉8％、二氧化釩15％、碳酸鈉55％。
精煉劑所佔比例為0.33％。
步驟(1)中熔煉後將溫度升高至750℃，攪拌3min。
步驟(2)中的溫度控制在700℃。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。