一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：6.0‑8.0％，锰：0.4‑1.2%，铁：0.1‑1.0%，Si：0.1‑1.0%，余量为Al和不可避免的杂质；其制备方法步骤为：1)熔炼；2)浇铸；3)对铸坯进行固溶+时效处理；本发明专利技术的合金经热处理后具有高温强度高和高温持久性能好的优势：在315℃保温30分钟抗拉强度最高达到154‑164MPa；315℃保温10小时的抗拉强度为140‑145MPa。本发明专利技术制备方法工艺简单，所添加的元素成分简单，不含希贵金属。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金及其制备方法
本专利技术涉及一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金及其制备方法，属于金属材料

技术介绍
目前，铝及铝合金是仅次于钢铁的金属材料，广泛应用于建筑、能源、运输、航空航天等领域。铝及铝合金材料的应用及其研究也得到了迅猛发展，各种铝合金被广泛的应用。为保证耐热铝铜合金高性能，此类合金对杂质铁，硅含量控制非常严格，铁含量一般严格控制在0.15%以下，Si含量一般严格控制在0.1%以下，然而耐热铝铜合金中对杂质铁，硅含量的控制将消耗大量电解铝，导致其成本大幅增加。此外，电解铝在电解过程中还会产生大量废气和废料等污染物，不利于节能减排。耐热铝合金领域研究中还存在着高温瞬时强度和高温持久强度偏低的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的问题。本专利技术采取的技术方案为：一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：6.0-8.0％，锰：0.4-1.2%，铁：0.1-1.0%，Si：0.1-1.0%，余量为Al和不可避免的杂质。一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：按配比的合金成分，加入铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金和纯铝，2/3以上的炉料熔化，待炉料全部熔化后，将炉温降至720-730℃保温15-20min；其中，设定的合金为一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，其化学成分按照重量百分比为：Cu：6.0-8.0％，Mn：0.4-1.2％，Si：0.1-1.0％,Fe：0.1-1.0％，余量为Al和不可避免的杂质；待炉温稳定后，扒去熔渣，加入氩气精炼后，在725-730℃下保温10-15min后撇渣，得到精炼金属熔液；（2）浇铸：将铸造模具预热至210-260℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；（3）热处理：对铸坯进行固溶+时效处理，在525-535℃保温11-13h，然后在70-100℃的水中淬在210-220℃下保温15-17h，得到含一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的效果如下：（1）杂质元素铁可以控制在0.1-1.0%，硅控制在0.1%-1.0%；（2）本专利技术中加元素Cu的成分范围为6-7％，选择在这个范围的目的：一是为了改善铸造性能；二是为了有足够量的Cu元素形成含Cu的耐高温的第二相；（3）在Al-Cu合金成分的基础上，添加Mn、Fe、Si合金元素，这样能够有效提高合金的耐热稳定性。由于Mn、Fe、Si多种合金元素的加入使合金中析出了稳定性好的第二相。这些第二相大多数为硬度较高的金属间化合物，由于它们在合金中可以起到阻碍晶界滑移及位错运动的作用，提高晶界强度和抗蠕变能力，合金的强度和耐热性得到了提高；（4）本专利技术合金经热处理后具有高温强度高和高温持久性能好：在315℃保温30分钟抗拉强度最高达到154-164MPa；315℃保温10小时的抗拉强度为140-145MPa，本专利技术制备方法工艺简单，所添加的元素成分简单，不含希贵金属。附图说明图1是为实施例4显微组织图；其中：图(a)为SEM图，图(b)TEM图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术进行进一步介绍。本专利技术实施例中采用的铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金，铝硅中间合金和纯铝为工业产品，采用纯度为99.9%的氩气进行精炼。实施例1：一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，总质量为4%，包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：6.0%，锰：0.4%，铁：0.1%，Si：0.1%，余量为Al和不可避免的杂质，该耐热铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：按配比的合金成分，加入铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金和纯铝，2/3以上的炉料熔化，待炉料全部熔化后，将炉温降至720℃保温17min；待炉温稳定后，扒去熔渣，加入氩气精炼后，在727℃下保温13min后撇渣，得到精炼金属熔液；（2）浇铸：将铸造模具预热至235℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；（3）热处理：对铸坯进行固溶+时效处理，在530℃保温12h，然后在85℃的水中淬在215℃下保温16h，得到含一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，在315℃条件下进行拉伸实验，315℃的高温保温30分钟抗拉强度为162MPa。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，进行高温持久性能测试：将合金在315℃条件下保温10小时后，合金拉伸试样的抗拉强度为148MPa。实施例2：一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，总质量为4kg，包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：8.0%，锰：1.2%，铁：1.0%，Si：1.0%，余量为Al和不可避免的杂质，该耐热铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：按配比的合金成分，加入铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金和纯铝，2/3以上的炉料熔化，待炉料全部熔化后，将炉温降至720℃保温15min；待炉温稳定后，扒去熔渣，加入氩气精炼后，在725℃下保温10min后撇渣，得到精炼金属熔液；（2）浇铸：将铸造模具预热至210℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；（3）热处理：对铸坯进行固溶+时效处理，在525℃保温11h，然后在70℃的水中淬在210℃下保温15h，得到含一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，在315℃条件下进行拉伸实验，315℃的高温保温30分钟抗拉强度为164MPa。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，进行高温持久性能测试：将合金在315℃条件下保温10小时后，合金拉伸试样的抗拉强度为152MPa。实施例3：一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，总质量为4kg，包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：7%，锰：0.8%，铁：0.45%，Si：0.45%，余量为Al和不可避免的杂质，该耐热铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：按配比的合金成分，加入铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金和纯铝，2/3以上的炉料熔化，待炉料全部熔化后，将炉温降至730℃保温20min；待炉温稳定后，扒去熔渣，加入氩气精炼后，在730℃下保温15min后撇渣，得到精炼金属熔液；（2）浇铸：将铸造模具预热至260℃，将精炼金属熔液浇注成铸坯；（3）热处理：对铸坯进行固溶+时效处理，在535℃保温13h，然后在100℃的水中淬在220℃下保温17h，得到含一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，在315℃条件下进行拉伸实验，315℃的高温保温30分钟抗拉强度为157MPa。将本实施例制备的高强耐热具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，进行高温持久性能测试：将合金在315℃条件下保温10小时后，合金拉伸试样的抗拉强度为143MPa。实施例4：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，其特征在于：包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：6.0‑8.0％，锰：0.4‑1.2%，铁：0.1‑1.0%，Si：0.1‑1.0%，余量为Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金，其特征在于：包括以下成分及其质量百分比含量：Cu：6.0-8.0％，锰：0.4-1.2%，铁：0.1-1.0%，Si：0.1-1.0%，余量为Al和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种具有高Fe和Si杂质含量的耐热铝铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）熔炼：按配比的合金成分，加入铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金和纯铝，2/3以上的炉料熔化，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林波，许锐，李浩宇，肖华强，夏松超，张文馨，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52