一种耐热低钒Al-Cu-Mg-Ag系合金及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种耐热低钒Al

【技术实现步骤摘要】
0.02~0.1%，Ti 0.02~0.05%，Zn 0.05~0.1%，Fe≤0.05%，Si≤0.01%，余量为铝及不可除杂质；所述合金的制备过程包括以下步骤：将铝合金原料混合均匀后熔炼，得合金铸锭；将合金铸锭依次经均匀化处理、热轧和热处理，即得；所述均匀化处理为三级均匀化热处理，每级热处理条件为：升温梯度为25~35℃，升温速率为10~15℃/min，保温时间为5~36h。
[0007]本专利技术所提供的合金材料基于各元素组分间的协同作用，通过V微合金化，促使组织晶粒得到细化，在铝合金中形成弥散分布的第二相，提高再结晶温度，在增加了Ω相的析出和弥散分布的同时抑制了Ω相的粗化，使所制备的铝合金在高温热暴露条件下具有更高的强度，提高了服役寿命和使用温度。
[0008]本专利技术所提供的合金的制备过程通过控制各步骤的关键工艺参数来控制铝合金的力学性能，通过三级均匀化处理、热轧等处理方式，在避免提高变形储能的同时，实现亚结构强化，结合固溶及单级时效热处理，从而实现提高铝合金在长时间高温下仍能保持高强度的目的。
[0009]作为一项优选的方案，Cu4.85~5%， Mg0.58~0.68%，Ag0.4~0.5%，Mn0.55~0.65%，V0.1~0.28%，Zr0.05
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0.1%，Ti0.02~0.05%，Zn0.05~0.1%，Fe≤0.05%，Si≤0.01%，余量为铝及不可除杂质。
[0010]本专利技术所提供的合金材料各元素比例应严格按照上述要求执行，若Cu和Mg的含量超出限定范围，导致Cu/Mg比发生相应改变，该合金材料组织内的各种强化相（主要是Ω相）的析出比例和大小都会发生相应的变化，进而降低合金性能；若V、Mn等合金元素的超出所要求的比例，会造成合金中的第二相变得粗大，并且会在熔炼铸造的时候就出现难熔的粗大第二相，导致合金的塑性变差和强度降低。
[0011]作为一项优选的方案，所述铝合金原料包括：高纯铝、工业纯镁、高纯银、工业纯锌、铝铜中间合金、铝钒中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金。
[0012]作为一项优选的方案，所述高纯铝纯度≥99.99%，工业纯镁的纯度≥99.95%，高纯银纯度≥99.99%，工业纯锌纯度≥99.95%。
[0013]本专利技术制备工艺严格控制材料纯度，降低Fe、Si元素含量，避免形成粗大的脆性相，影响合金塑性；同时利用V微合金化元素不仅细化晶粒，还有效了抑制了Ω相在高温下的粗化速度，提高了合金的耐热性能。
[0014]作为一项优选的方案，所述铝铜中间合金中铜的含量≥50.0%，铝钒中间合金中钒的含量≥5.0%，铝锰中间合金中锰的含量≥10.0%，铝锆中间合金中锆的含量≥4.0%，铝钛中间合金中钛的含量≥10.0%。中间合金中各过渡金属的含量要严格按照上述要求执行，通过控制中间合金中过渡金属的含量，可以控制在熔炼铸造过程第二相的组分价态，若中间合金中过渡金属的比例变化，会在导致合金中含有不同价态铝
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过渡金属的第二相。
[0015]作为一项优选的方案，所述熔炼温度为750~780℃。
[0016]作为一项优选的方案，所述均匀化处理为三级均匀化热处理，其过程为：将铸锭加热至450
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5℃，保温5~8h，以10~15℃/min的速度提升至480
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5℃，并保温5~8h，再以10~15℃/min的速度提升至510
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5℃，并保温24~36h后出炉空冷至室温。
[0017]本专利技术所采用的三级均匀化热处理，其各工艺条件是根据Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金的综合性能提升而确定的。在480
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5℃保温5~8小时，更利于弥散相粒子的析出，在细化晶粒组织、抑制再结晶的同时，也促进后续加工和固溶时效处理过程中Ω相的析出，从而实现通
过晶界强化和析出相的协同作用共同提升合金力学性能的目的；按照本专利技术所提供的三级均匀化热处理方式，可以促使合金中各元素组分充分、均匀的扩散，消除所有的枝晶。
[0018]作为一项优选的方案，所述热轧为多级热轧，其过程为：将均匀化处理后的铸锭加热至460
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5℃并保温70~120min，进行8~12道次轧制，每道次轧制的合金厚度变化量为2~4mm，轧制结束后空冷至室温。
[0019]本专利技术采用多道次热轧对合金铸锭进行变形处理，使铸锭组织得到均匀化，特别是粗大第二相得到充分粉碎和均匀化，改善合金的综合性能，得到变形均匀、第二相尺寸细小、分布均匀的变形组织从而提升材料的力学性能。
[0020]作为一项优选的方案，所述热处理包括固溶处理和单极时效处理。
[0021]作为一项优选的方案，所述固溶处理的过程为：将热轧后的铸锭加热至500~515℃，保温1~2h，出炉水淬至室温。
[0022]作为一项优选的方案，所述单极时效处理的过程为：将固溶处理后的铸锭加热至160~170℃并保温11~12h，出炉水淬至室温。
[0023]本专利技术还提供了一种耐热低钒Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金的详细制备过程，包括以下过程：A、熔炼：以高纯铝、高纯镁、高纯银、高纯锌、铝铜中间合金、铝钒中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金为原料；其中，高纯铝纯度≥99.99%，工业纯镁的纯度≥99.95%，高纯银纯度≥99.99%，工业纯锌纯度≥99.95%，铝铜中间合金中铜的含量≥50.0%，铝钒中间合金中钒的含量≥5.0%，铝锰中间合金中锰的含量≥10.0%，铝锆中间合金中锆的含量≥4.0%，铝钛中间合金中钛的含量≥10.0%；按成分配比称取原料，装入电阻炉内，加热熔融；B、模具：依据铝合金铸锭尺寸设计并制备一定尺寸的钢模具；钢模具的壁厚大于等于30mm，充当内模，从钢模具外壁底部向上环绕冷却管，管内通入冷却水，冷却水温度和流量可以控制，采用砂型模具作为外模，其中钢模具与砂型模具厚度比为1：（2~5），浇注系统采用钢模具浇注系统；通过控制冷却水温度和流量控制冷却速度；C、精炼、除杂、除气：待金属熔体完全合金化之后，将除杂剂加入合金熔体中进行聚渣，并同时通入氩气，时间10~20分钟，静置、扒渣，重复上述操作2~3次，然后将铝合金熔体静置，时间大于20分钟；D、浇注：待铝合金熔体精炼、除杂、除气完毕，保持熔体温度730
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5℃，浇注至B所设计制备的模具冷却凝固，得到铸锭；E、三级均匀化热处理：将步骤D获得的铸锭加热至450
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5℃，并在此温度下保温5h后，将温度以15℃/min的速度提升至480
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5℃，并保温5h，最后将温度以15℃/min的速度提升至510
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5℃，并保温24h后出炉空冷至室温；F、热轧：将步骤E获得的均匀化铸锭在电阻炉中加热至460
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5℃并保温90min，然后进行多道次热轧至合金最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热低钒Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金，其特征在于：包括以下质量百分比组分：Cu 4.8~5.2%，Mg 0.5~0.7%，Ag 0.4~0.6%，Mn 0.5~0.7%，V 0.1~0.3%，Zr 0.02~0.1%，Ti 0.02~0.05%，Zn 0.05~0.1%，Fe≤0.05%，Si≤0.01%，余量为铝及不可除杂质；所述合金的制备过程包括以下步骤：将铝合金原料混合均匀后熔炼，得合金铸锭；将合金铸锭依次经均匀化处理、热轧和热处理，即得；所述均匀化处理为三级均匀化热处理，每级热处理条件为：升温梯度为25~35℃，升温速率为10~15℃/min，保温时间为5~36h。2.根据权利要求1所述的一种耐热低钒Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金，其特征在于：Cu 4.85~5%， Mg0.58~0.68%，Ag0.4~0.5%，Mn0.55~0.65%，V0.1~0.28%，Zr0.05
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0.1%，Ti0.02~0.05%，Zn0.05~0.1%，Fe≤0.05%，Si≤0.01%，余量为铝及不可除杂质。3.根据权利要求1所述的一种耐热低钒Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金，其特征在于：所述铝合金原料包括：高纯铝、工业纯镁、高纯银、工业纯锌、铝铜中间合金、铝钒中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金和铝钛中间合金；所述高纯铝纯度≥99.99%，工业纯镁的纯度≥99.95%，高纯银纯度≥99.99%，工业纯锌纯度≥99.95%。4.根据权利要求3所述的一种耐热低钒Al
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Cu
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Mg
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Ag系合金，其特征在于：所述铝铜中间合金中铜的含量≥50.0%，铝钒中间合金中钒的含量≥...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵辉，凌凯，邓攀，莫文峰，欧阳祚琼，陈俊伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：