一种耐高温Al-Cu-Mg系铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，提供了一种耐高温Al

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]相较于Al
‑
Cu合金而言，Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金是一种新型的耐热铝合金材料，其应用温度要高于Al
‑
Cu合金，一般最高可应用于250℃。Ω
‑
Al2Cu析出相为Al
‑
Cu
‑
Mg系常见析出强化相，其惯析面为铝基体的(111)面，因此具有更高的室温强度。
[0003]同时，Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金是典型的可铸造、变形、焊接及热处理的铝合金，因其较高的比强度，较好的韧性和疲劳性能已成为航空航天工业应用主要的结构材料之一。近年来，随着航空航天工业的快速发展，航空航天器对速度追求不断提升，对作为轻量化航空航天结构材料的铝合金的服役温度提出了新的要求。开发耐400℃以上高温的Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金成为迫切需要解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐高温Al
‑
Cu
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Mg系铝合金及其制备方法。本专利技术提供的制备方法得到的Al
‑
Cu
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Mg系铝合金具有优异的耐高温性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金，包括以下质量百分含量的成分：
[0007]Cu 2.5～8％，Mg 0.1～1.5％，X元素0.1～0.5％，余量为Al和不可避免的杂质元素；所述杂质元素的总质量百分含量不大于0.3％；
[0008]所述X元素包括Sc、Er、Zr、Mn、Ti、Ce、Cr和Ni中的一种或多种。
[0009]优选地，还包括质量百分含量为0.1～1％的Ag。
[0010]优选地，还包括质量百分含量为0.1～1.5％的Li。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0012]按照所述耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金的成分准备制备原料；
[0013]将所述制备原料依次进行熔化、精炼、除渣和浇注，得到铸件；
[0014]将所述铸件依次进行三级固溶处理和双级时效处理，得到所述耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金。
[0015]优选地，所述三级固溶处理包括：在第一级固溶处理的温度进行第一保温；
[0016]以第一升温速率由所述第一级固溶处理的温度升温至第二级固溶处理的温度进行第二保温；
[0017]以第二升温速率由所述第二级固溶处理的温度升温至第三级固溶处理的温度进行第三保温；
[0018]所述第一级固溶处理的温度为400℃～500℃，所述第一保温的时间为3～50h；
[0019]所述第二级固溶处理的温度为500～510℃，所述第二保温的时间为2～20h；
[0020]所述第三级固溶处理的温度为540～570℃，所述第三保温的时间为3～30h。
[0021]优选地，所述第一升温速率和第二升温速率独立地为3～10℃/min。
[0022]优选地，所述第三保温后，还包括冷淬。
[0023]优选地，所述双级时效处理包括依次进行第一级时效处理和第二级时效处理；
[0024]所述第一级时效处理的温度为150～250℃，保温时间为3～50h；
[0025]所述第二级时效处理的温度为350～500℃，保温时间为0.05～50h。
[0026]优选地，所述第一级时效处理和第二级时效处理后均包括进行空冷。
[0027]优选地，所述熔化的温度为730～780℃；
[0028]所述精炼在氩气和搅拌的条件下进行；所述精炼的时间为20～30min；
[0029]所述除渣的方式为静置，所述除渣的时间为10～20min；
[0030]所述浇注在模具中进行，所述模具的预热温度为200～400℃，时间为2～4h。
[0031]本专利技术提供了一种耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金，包括以下质量百分含量的成分：Cu 2.5～8％，Mg 0.1～1.5％，X元素0.1～0.5％，余量为Al和不可避免的杂质元素；所述杂质元素的总质量百分含量不大于0.3％；所述X元素包括Sc、Er、Zr、Mn、Ti、Ce、Cr和Ni中的一种或多种。本专利技术在Al
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Cu
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Mg系铝合金中添加微量的X元素(X元素为Sc、Er、Zr、Mn、Ti、Ce、Cr和Ni中的一种或多种)，在合金基体中析出一种新型的Al8Cu4X析出相，该析出相可以在400℃以上保持稳定，显著增强了Al
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Cu
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Mg系铝合金的耐高温性，使得耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金可以应用于400℃以上的高温服役环境。实施例的数据表明，本专利技术提供的耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金在400℃的抗拉强度为76～123MPa。
[0032]本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照所述耐高温Al
‑
Cu
‑
Mg系铝合金的成分准备制备原料；将所述制备原料依次进行熔化、精炼、除渣和浇注，得到铸件；将所述铸件依次进行三级固溶处理和双级时效处理，得到所述耐高温Al
‑
Cu
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Mg系铝合金。本专利技术的三级固溶处理，能够尽可能多地将合金中的合金元素固溶进铝基体中，为随后的二级时效处理提供足够多的固溶原子，促进二级时效过程中析出相的析出，提高合金强度。第一级时效处理阶段析出传统的纳米亚稳析出相；随后在第二级时效处理阶段，促使第一级时效阶段析出的纳米亚稳析出相在高温下，产生大量生长台阶，依靠高温产生的生长台阶辅助X元素的扩散进第一级时效处理阶段形成的纳米亚稳析出相内部，促使纳米亚稳析出相发生相变，形成一种包含间隙X元素占位的全新的耐高温纳米Al8Cu4X析出相。有别于传统工艺所形成的微合金元素界面偏聚(传统工艺所形成的界面偏聚，仅仅表现为单层微合金元素原子偏聚在析出相/铝基体界面)，Al8Cu4X析出相中的X元素位于析出相内部。
附图说明
[0033]图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的成分：Cu 2.5～8％，Mg 0.1～1.5％，X元素0.1～0.5％，余量为Al和不可避免的杂质元素；所述杂质元素的总质量百分含量不大于0.3％；所述X元素包括Sc、Er、Zr、Mn、Ti、Ce、Cr和Ni中的一种或多种。2.根据权利要求1所述耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金，其特征在于，还包括质量百分含量为0.1～1％的Ag。3.根据权利要求2所述耐高温Al
‑
Cu
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Mg系铝合金，其特征在于，还包括质量百分含量为0.1～1.5％的Li。4.权利要求1～3任一项所述的耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金的成分准备制备原料；将所述制备原料依次进行熔化、精炼、除渣和浇注，得到铸件；将所述铸件依次进行三级固溶处理和双级时效处理，得到所述耐高温Al
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Cu
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Mg系铝合金。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三级固溶处理包括：在第一级固溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，杨冲，薛航，张鹏，孙军，张金钰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：