Ａｇ－Ｃｏ－ＲＥ高强耐热铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ａｇ－Ｃｏ－ＲＥ高强耐热铝合金材料及其制备方法，按重量百分比计其成分为Ｃｕ：１．０～１０．０％，Ｍｎ：０．０５～１．５％，Ｃｄ：０．０１～０．５％，Ｔｉ：０．０１～０．５％，Ｂ：０．０１～０．２％，Ｚｒ：０．０１～１．０％，Ｃｏ：０．０１～１．０％，Ａｇ：０．０１～１．０％，ＲＥ：０．０５～５％，其余为Ａｌ。本发明专利技术以优质熔体、固溶体和相图理论为指导，通过优选合金主元素Ｃｕ、Ｍｎ及ＲＥ配方，降低合金准固相温度范围，解决铸造时热裂倾向大、制品高温强度低等问题；优选多元微合金化元素配方，为固溶体中高温相和强化相的培育和细晶化作用创造物质基础条件，最终研制出一种高强耐热铝合金材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝合金材料及其制备方法，特别涉及Ag-Co-RE高强耐热铝合金材料及其制备方法。
技术介绍
铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。从制造业和铝合金制品的角度，习惯上把高强度铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类；从制品可用的温度条件划分，高强度铝合金又分为普通铝合金和高温(或耐热)铝合金。到目前为止，能够满足高温高强需要的，只有Al-Cu系铝合金，从牌号系列上讲，Al-Cu系合金包括铸造铝合金和变形铝合金，而不论铸造还是变形，都属于2系铝合金；而能够同时满足铸造性能好又容易进行变形加工的高温高强度铝合金，还没有见公开报道过。1、高强度铸造铝合金和变形铝合金一般铸造铝合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa～300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高；AlZn系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目前没有与它对应的牌号。在高强韧铸造铝合金领域，我国取得了世界瞩目的成绩。60年代至70年代，北京航空材料研究院研制成功了ZL205A合金。ZL205A合金成分复杂，含有Cu，Mn，-->Zr，V，Cd，Ti，B等7种合金元素。ZL205A(T6)的抗拉强度为510MPa，是目前已有注册牌号的铸造铝合金材料强度最高的。ZL205A(T5)的强韧性最好，延伸率可达13％；但ZL205A最大的缺陷是铸造性能差、热裂倾向性大，同时因配方成本高，应用范围小。上述3种高强韧铸造铝合金同属于Al-Cu系。该系列合金强度高，塑性和韧性也较好。但铸造性能较差，具体表现为热裂倾向大、流动性较差、补缩困难。此外，该系列合金抗蚀性能较差，有晶间腐蚀倾向。该系列合金的铸造成品率很低。此外，已经公开的申请号为200810302670.3、200810302668.6、200810302669.0和200810302671.8的4个专利名称均为“一种高强度铸造铝合金材料”的文献中介绍了一种由Cu、Mn、Ti、Cr、Cd、Zr、B和稀土元素组成的高强度铸造铝合金材料，这种铝合金材料具有较高的抗拉强度和延伸率，抗拉强度达到了440Mpa，延伸率大于6％；但此类高强度铸造铝合金材料在使用过程中仍未能解决热裂倾向大的问题、合金强度与可铸性的矛盾突出，其主要原因是在合金主元素Cu、Mn成分范围，合金准固相温度范围较宽，铸造凝固时为具有各向异性的枝晶发育提供了充分条件，在凝固后期形成强大的内部收缩应力，故而收缩热裂倾向大。目前正式注册的2XXX系变形铝合金牌号有70多个，绝大多数是美国注册的，其中只有2001、2004、2011、2011A、2111、2219、2319、2419、2519、2021、2A16、2A17、2A20、2B16等14个牌号是铜含量在5％以上的高铜铝合金，而其中铜含量在6％以上的只有2A16、2A17、2A20、2B16这4个牌号。这些变形铝合金配方中都含有较多的Si、Mg、Zn等成分，而没有稀土(RE)等起微合金化作用的元素，因此其配方组成与2系铸造铝合金相差甚远，反映出两种属性的铝合金不同的生产工艺和深加工工艺。2、高温铝合金高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600～1100℃高温环境下工作；而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400℃以下的热环境中长期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐热高强铝合金铸造。由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下，人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金和变形用合金两大类。一般说来，耐热高强合金都含有多种合金化元素，多的达十余种。所加入的元素在合金中分别起固溶强化、弥散强化、晶界强化和表面稳定化等作用，使合金能在高温下保持高的力学性能和环境性能。选用铸造用高温合金时应考虑的因素：(1)铸件的正常工作温度、最高和最低的工作温度以及温度变化的频率。-->(2)铸件本身的温差范围及合金的膨胀性能。(3)铸件承受的载荷性能，加载、支承和外部约束方式。(4)对铸件的寿命要求和容许的变形量、工作环境和性质、成形方法和成本因素等。目前用于高温零部件铸造的铝合金材料，国家标准中只有A201.0、ZL206、ZL207、ZL208、206.0几种牌号，包括铝铜锰系合金及铝稀土系合金；其中，铝铜锰系合金多数以高纯级铝锭为合金材料，成本较高，而铝稀土系合金则在室温下力学性能相对较差。而且，目前耐热高强铝合金普遍存在着高温强度低(250℃以上瞬时抗拉强度小于200Mpa，持久强度小于100Mpa)、配方成本高、铸造性能差、铸件合格率低、废品料及渣料回用性差等缺陷，造成铸件质量差、成本高、渣料处理流程长等问题。此外，近年来申报的多数耐热铝合金专利新配方中也都含有贵重元素，而且铸造性能差，质量无法满足航空技术进步的要求，不适于产业化生产应用。而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ａｇ－Ｃｏ－ＲＥ高强耐热铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Ｃｕ：１．０～１０．０％，Ｍｎ：０．０５～１．５％，Ｃｄ：０．０１～０．５％，Ｔｉ：０．０１～０．５％，Ｂ：０．０１～０．２％，Ｚｒ：０．０１～１．０％，Ｃｏ：０．０１～１．０％，Ａｇ：０．０１～１．０％，稀土元素ＲＥ：０．０５～５％，其余为Ａｌ。

【技术特征摘要】
1.一种Ag-Co-RE高强耐热铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Cu：1.0～10.0％，Mn：0.05～1.5％，Cd：0.01～0.5％，Ti：0.01～0.5％，B：0.01～0.2％，Zr：0.01～1.0％，Co：0.01～1.0％，Ag：0.01～1.0％，稀土元素RE：0.05～5％，其余为Al。2.根据权利要求1所述的Ag-Co-RE高强耐热铝合金材料，其特征在于：稀土元素RE为单一稀土元素或一种以上的混合稀土元素。3.根据权利要求1或2所述的Ag-Co-RE高强耐热铝合金材料，其特征在于：稀土元素RE包括La、Ce、Pr、Nd、Er和Y。4.一种如权利要求3所述的Ag-Co-RE高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在上述元素比例范围内，选定一组元素比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，或者中间合金的质量，或者混合金属添加剂的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；(2)往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；(3)再按配方比例先加入Mn、Ti、Zr、Co、Ag纯金属或Al-Mn、...

【专利技术属性】
技术研发人员：门三泉，陈新孟，车云，张中可，胥光酉，李祥，
申请(专利权)人：贵州华科铝材料工程技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]