一种提高Al-Cu-Mn-Zr系铝合金高温强度的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高Al

【技术实现步骤摘要】
一种提高Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金高温强度的热处理方法


[0001]本专利技术属于Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金材料技术，特别是一种提高Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金高温强度的热处理方法。

技术介绍

[0002]在面对资源、能源、环境的严峻挑战下，飞机、新能源汽车等高端制造业为降低能耗、节约资源、保护环境，对结构件的机械性能和轻量化要求越来越迫切。铝及铝合金具有密度小、强度高、加工性能好、耐腐蚀等优异特性，作为优良的结构材料，已被广泛应用于航天航空、建筑桥梁、汽车船舶、机械设备等众多领域。其中，Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金具有优异的高温抗氧化性和在温度和动静态载荷长时间作用下有较好的抗塑性变形能力，已广泛应用于航空航天、兵器、汽车船舶，特别是飞机蒙皮、导弹壳体、航空发动机气缸、叶片、机匣等重要承力件。
[0003]随着航空航天、武器装备的快速发展对铝合金的高温性能提出了更高的要求，然而现役的耐热铝合金的热疲劳、高温强度等性能指标已临近极限，难以满足装备发展的需要。Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金350℃屈服强度低于100MPa，限制高温应用。该系铝合金中主要强化相为θ
‑
Al2Cu相和T/>‑
A1
20
Cu2Mn3相，其中θ相的热稳定温度约为225℃，T相的热稳定温度约为350℃。已有的研究通常针对θ相来开展热处理工艺研究(文献1“Aging behavior and strengthening mechanisms of coarsening resistant metastableθ'precipitates in an Al
‑
Cu alloy”Materials and Design 198，2021，109378)，采用T6热处理(固溶+峰值时效)工艺，实现在晶粒内析出大量弥散分布地纳米θ'相，纳米相可有效钉扎位错从而获得优异的室温强度。由于θ'相的热稳定温度较低，高温下(≥250℃)长时暴露，半共格θ'相向非共格θ相转变，同时，θ相出现粗化、球化、溶解等现象，降低强化效果，导致材料高温强度急剧降低。因此，针对高温服役条件，现有Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金的热处理方案不适用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提高Al
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Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金高温强度的热处理方法。该热处理方法不仅可以显著提升Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金高温强度，而且热处理工艺简单、成本低，易于推广和普及。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的一种提高Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金高温强度的热处理方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]第一步，筛选合金成分：Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金材料，其合金元素重量百分比表达式为：Al
a
Cu
b
Mn
c
Zr
d
，其中，90.8≤a≤97.4，2≤b≤7，0.5≤c≤2，0.1≤d≤0.2，a+b+c+d＝100；
[0007]第二步，固溶处理：合金材料在525
‑
545℃保温5
‑
15小时，再淬入50
‑
100℃水中；
[0008]第三步，一次时效处理：合金材料在150
‑
170℃保温1
‑
10小时，再空冷；
[0009]第四步，二次时效处理：合金材料在250
‑
350℃保温5
‑
500小时，再空冷。
[0010]较佳的，第一步中，利用Thermal
‑
Calc软件计算近平衡凝固条件下的Al
‑
Cu
‑
Mn
‑
Zr四元相图，获得α
‑
Al+θ
‑
Al2Cu+T
‑
A1
20
Cu2Mn3+Al3Zr四相区或α
‑
Al+T
‑
A1
20
Cu2Mn3+Al3Zr三相区的合金成分，其合金元素重量百分比表达式为：Al
a
Cu
b
Mn
c
Zr
d
，其中，90.8≤a≤97.4，2≤b≤7，0.5≤c≤2，0.1≤d≤0.2，a+b+c+d＝100。
[0011]较佳的，第二步中，固溶处理后，θ
‑
Al2Cu相完全溶解，晶界处无残留，获得过饱和α
‑
Al固溶体相。
[0012]较佳的，第三步中，一次时效处理后，θ
″‑
Al3Cu或θ
′‑
Al2Cu相在基体中均匀弥散析出。
[0013]较佳的，第四步中，二次时效处理后，θ
″‑
Al3Cu转变为θ
′‑
Al2Cu相，θ
′‑
Al2Cu相与基体α
‑
Al界面处偏聚Zr原子或析出Al3Zr相，迟滞θ
′‑
Al2Cu
→
θ
‑
Al2Cu转变和θ
‑
Al2Cu相的粗化、球化、溶解等行为，同时，在基体中均匀弥散析出T
‑
A1
20
Cu2Mn3相和Al3Zr相，获得多级强化相微结构组织，即大量弥散的T
‑
A1
20
Cu2Mn3、θ
‑
Al2Cu和Al3Zr相，其中，T
‑
A1
20
Cu2Mn3相为粗棒状形貌，长度：100
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1500nm，厚度：50
‑
500nm，体积分数：10％
‑
20％；θ
‑
Al2Cu相为长针状形貌，长度：10
‑
2000nm，厚度：5
‑
200nm，体积分数：1％
‑
2％；Al3Zr相为球状颗粒形貌，直径：1
‑
10nm，体积分数：5％
‑
20％。
[0014]较佳的，第二步至第四步中，将合金锭装入石墨坩埚，采用电阻炉对合金材料进行固溶处理、一次时效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高Al
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Cu
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Mn
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Zr系铝合金高温强度的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，筛选合金成分：Al
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Cu
‑
Mn
‑
Zr系铝合金材料，其合金元素重量百分比表达式为：Al
a
Cu
b
Mn
c
Zr
d
，其中，90.8≤a≤97.4，2≤b≤7，0.5≤c≤2，0.1≤d≤0.2，a+b+c+d =100；第二步，固溶处理：合金材料在525
‑
545℃保温5
‑
15小时，再淬入50
‑
100℃水中；第三步，一次时效处理：合金材料在150
‑
170℃保温1
‑
10小时，再空冷；第四步，二次时效处理：合金材料在250
‑
350℃保温5
‑
500小时，再空冷。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用Thermal
‑
Calc软件计算近平衡凝固条件下的Al
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Cu
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Mn
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Zr四元相图，获得α
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Al+θ
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Al2Cu+T
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Cu2Mn3+Al3Zr四相区或α
‑
Al+T
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A1
20
Cu2Mn3+Al3Zr三相区的合金成分，其合金元素重量百分比表达式为：Al
a
Cu
b
Mn
c
Zr
d
，其中，90.8≤a≤97.4，2≤b≤7，0.5≤c≤2，0.1≤d≤0.2，a+b+c+d =100。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，固溶处理后，θ
‑
Al2Cu相完全溶解，晶界处无残留，获得过饱和α
‑
Al固溶体相。4.如权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏翔，沈洪雷，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：