【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝铜合金铸造，具体涉及一种铸造铝铜合金及其制备方法。
技术介绍
1、铝铜系合金具有良好的室温和高温力学性能以及切削加工性能，已在汽车部件中特别是发动机缸体零件中得到广泛应用。由于发动机结构和使役性能的需要，现有发动机部件通常被设计成具有薄壁、管道等形状的复杂结构，然而，铝铜系合金的凝固区间较宽，凝固过程中合金的实际流动性较差，从而凝固后期补缩困难且易出现浇不足、缩松缩孔等现象。
2、铝铜合金的流动性受到许多因素的影响，主要可分为铸造工艺因素和冶金因素。铸造工艺因素包括铸件的形状尺寸、界面传热系数、模具温度、模具材料等。冶金因素包括合金成分、熔体过热度、粘度和凝固方式等。在生产复杂铸件时，通常通过提高熔体的过热度来改善熔体的流动性。然而，熔体的高过热度会导致铸件的晶粒过度生长，使得晶粒组织粗大，从而降低了铸件的力学性能。
3、为此，出现了另一种改善熔体流动性的方式，即通过改变合金元素来调整铝合金的流动性，成分变化会影响合金的粘度、晶粒尺寸、凝固范围和凝固模式，从而影响合金的流动性能。如中国专利技术专利申请《一种铝铜合金材料的制备方法》，其专利申请号为cn201710618763.6(申请公布号为cn107385296a)公开的铝铜合金材料含有以下重量百分比计的组分：铜1％～4％，钛2％-5％，铁0.1～1.5％，硅0.2～1.5％，稀土＜1％，其余为铝；所述稀土元素为镧、铈、钕和钇中的至少一种；所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)铸造；(2)热处理。前述铝铜合金材料同时具有较高的
5、上述专利中的铝铜合金随具有良好流动性，但是成分复杂，而且作为铝铜合金中的主要合金元素cu含量较少，会使得铝铜合金中的主要强化相al2cu含量较少，从而导致合金整体力学性能较低。同时合金中使用了大量的ti作为合金化元素，从而导致合金黏度提高，不利于铸造性能的提升，无法满足铸造性能的要求。
6、另外，虽然目前稀土元素已在铝合金领域中有较广泛的应用，但是在铝铜合金中其作用比较受限。以稀土元素sc为例，一定量的sc添加虽然会增加合金的铸态力学性能，但是在相同时效热处理时间下，合金的力学性能反而有所降低。而且，合金的黏度也会有所提高，从而降低了合金整体的铸造性能。此外，现有技术中虽然公开稀土元素在镁合金中可使得合金保持良好的力学性能和流动性，但是为了保持良好的力学性能和流动性，其需要添加较多的稀土元素，添加量约1％。由于稀土元素的高昂的价格，较多的添加量会制约大规模的工业生产。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种在保证成分简单的同时获得较高的流动性、充型能力及力学性能。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是，提供了一种上述铸造铝铜合金的制备方法。
3、本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铸造铝铜合金，其特征在于，按照重量百分比计，该铸造铝铜合金由以下组分组成：4.5wt.％＜cu＜4.9wt.％，0.45wt.％＜mg＜0.6wt.％，0.9wt.％＜mn＜1.12wt.％，0＜ce＜1wt.％，余量为al。
4、具体地，所述cu、mg、mn及ce满足：4.53wt.％≤cu≤4.82wt.％，0.48wt.％≤mg≤0.58wt.％，1wt.％≤mn≤1.11wt.％，0＜ce≤0.51wt.％。
5、本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铸造铝铜合金的制备方法，所述铸造铝铜合金为所述的铝铜合金，所述制备方法依次包括有以下步骤：
6、1)按上述合金成分准备原料，合金中的cu、mn、ce元素分别以al-cu、al-mn和al-ce中间合金的形式加入，al和mg均以纯金属的形式加入，纯mg和al-ce中间合金的烧损量为5-10％，将准备好的原料预热，除去合金原料中的水分，同时将al-ce合金用铝箔进行包裹；
7、2)用氮化硼涂料将合金熔铸所需要的模具、扒渣勺和钟罩进行涂覆，并加热烘干，合金流动性测试所使用的模具在涂覆后需预热；
8、3)将纯al和al-cu中间合金加热至完全熔化，静置待其冷却到740-760℃后，通入纯度≥99.9％的氩气对熔体进行精炼并通过扒渣勺进行扒渣，扒渣后用钟罩将al-ce中间合金压入熔体并进行搅拌，静置10-20min，形成铸件；
9、4)对铸件进行固溶处理和欠时效热处理，其中，固溶处理：在520-525℃下，保温8-12h，水冷；欠时效热处理：在165-175℃下，保温8-12h，空冷。
10、上述制备方法中，将al-ce中间合金加入到铝铜合金熔体中，能够细化初生晶粒同时有效减小合金的二次枝晶间距，净化熔体，形成含稀土的第二相，从而同时提升铸造铝铜合金的流动性能和力学性能。
11、优选地，在步骤4)中，固溶处理在525℃下保温12h，欠时效热处理在175℃下，保温12h。
12、具体地，在步骤1)中，预热温度为100-140℃，预热时间为1-2h。
13、具体地，在步骤2)中，熔炼工具在150-200℃下烘干1-2h，合金流动性测试所使用的模具在200-300℃下预热2-4h。
14、优选地，在步骤1)中，al-cu、al-mn和al-ce中间合金分别为al-50％cu、al-10％mn和al-30％ce。
15、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在铝铜系铸造铝合金中，仅含有cu、mg、mn、ce及al，无其他元素，保证了成分简单。其中，添加小于1wt.％的稀土ce，使合金产生明显的晶粒细化，使得枝晶间距变窄；同时ce的加入，还会使晶界处的al2cu和al6mn第二相形貌由连续网状转变为不连续骨架状，减轻了第二相对基体的割裂作用，改善了合金的室温力学性能。此外，ce的加入，还会生成耐高温的硬质稀土化合物al8cu4ce，对晶界产生“钉扎”效应，有效地阻碍了高温下晶界的滑移，提高了合金的高温力学性能。另外，本专利技术通过添加稀土ce，吸收熔体中的氢，减少熔体中氧化夹杂，从而使熔体净化，从而增大合金的流动性。并且ce的加入降低合金固相线温度和al2cu共晶温度，延长了熔体流动的时间，推迟枝晶相干，增加熔体大量进给的时间，提高了al-cu合金熔体流动性，使合金的充型能力得到提高。上述铸造铝铜合金满足汽车发动机缸体零件的制备要求，且满足大规模生产的需求。
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1.一种铸造铝铜合金，其特征在于，按照重量百分比计，该铸造铝铜合金由以下组分组成：4.5wt.％＜Cu＜4.9wt.％，0.45wt.％＜Mg＜0.6wt.％，0.9wt.％＜Mn＜1.12wt.％，0＜Ce＜1wt.％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的铸造铝铜合金，其特征在于：所述Cu、Mg、Mn及Ce满足：4.53wt.％≤Cu≤4.82wt.％，0.48wt.％≤Mg≤0.58wt.％，1wt.％≤Mn≤1.11wt.％，0＜Ce≤0.51wt.％。
3.一种铸造铝铜合金的制备方法，其特征在于，所述铸造铝铜合金为权利要求1或2所述的铝铜合金，所述制备方法依次包括有以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，固溶处理在525℃下保温12h，欠时效热处理在175℃下，保温12h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，预热温度为100-140℃，预热时间为1-2h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，熔炼工具在150-200℃下烘干1-2
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，Al-Cu、Al-Mn和Al-Ce中间合金分别为Al-50％Cu、Al-10％Mn和Al-30％Ce。
...【技术特征摘要】
1.一种铸造铝铜合金，其特征在于，按照重量百分比计，该铸造铝铜合金由以下组分组成：4.5wt.％＜cu＜4.9wt.％，0.45wt.％＜mg＜0.6wt.％，0.9wt.％＜mn＜1.12wt.％，0＜ce＜1wt.％，余量为al。
2.根据权利要求1所述的铸造铝铜合金，其特征在于：所述cu、mg、mn及ce满足：4.53wt.％≤cu≤4.82wt.％，0.48wt.％≤mg≤0.58wt.％，1wt.％≤mn≤1.11wt.％，0＜ce≤0.51wt.％。
3.一种铸造铝铜合金的制备方法，其特征在于，所述铸造铝铜合金为权利要求1或2所述的铝铜合金，所述制备方法依次包括有以下步骤：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝海，王依山，白玉，张兴国，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：
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