本發(fā)明屬于高性能鋁合金，具體涉及一種耐熱鑄造鋁合金。

背景技術(shù)：

1、鋁合金在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。其中，al-cu系合金具有強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，并且擁有優(yōu)異的熱處理強(qiáng)化效果。但al-cu合金由于凝固區(qū)間較大，合金的鑄造性能較差，在凝固過(guò)程中極易出現(xiàn)熱裂、縮松等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。為了進(jìn)一步改善al-cu合金的室溫和高溫力學(xué)性能，研究人員通過(guò)添加ag、sc等微量元素。但微量元素的加入對(duì)al-cu合金共晶溫度的影響較小，難以改善合金的鑄造性能。

2、ca元素具有低成本、低密度等優(yōu)點(diǎn)，在鋁合金中ca容易導(dǎo)致鋁液粘度增加，導(dǎo)致室溫脆性，因此在工業(yè)鋁合金中一般要嚴(yán)格限制ca的含量。研究發(fā)現(xiàn)，向鋁基合金中添加ca元素可以形成(al)+al4ca共晶組織，al-ca系合金可以獲得優(yōu)良的鑄造性能和耐熱性能，但由于ca在鋁中的固溶度很小，使得合金的強(qiáng)度不高。專利cn116987937a公開(kāi)了一種al-cu-mn-ca合金及其制備方法，該合金按照質(zhì)量百分比包含：cu:4％～5％，mn:0.5％～1％，ca:0.5％～1％，ti:0.1％～0.3％，余量為al。由于共晶反應(yīng)形成納米尺度的al4ca集落，提高了al-cu-mn合金的鑄造性能，同時(shí)極大地提高了合金的塑性。但是合金的抗拉強(qiáng)度不足350mpa。并且高溫力學(xué)性能并未得到提升。因此，亟需開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良鑄造性能和室溫、高溫力學(xué)性能的鋁合金，以擴(kuò)大其工程應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種耐熱鑄造鋁合金。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種耐熱鑄造鋁合金，包含如下質(zhì)量百分含量的元素：cu：5～12wt.％，ca：0.5～2.0wt.％，re≤0.8wt.％，mn≤0.3wt.％，ti≤0.5wt.％，余量為al以及不可避免的雜質(zhì)；re為ce、la、sc或er；

3、所述耐熱鑄造鋁合金的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)配置純al、al-cu、al-ca、al-re、al-mn和al-ti中間合金，將純al進(jìn)行融化，然后加入al-cu、al-ca、al-re、al-mn和al-ti中間合金攪拌，得到均勻的熔體；

5、(2)將熔體中加入精煉劑，然后凈化靜置，得到合金液；

6、(3)將合金液降溫后進(jìn)行澆鑄，得到鑄錠；

7、(4)將鑄錠進(jìn)行固溶處理、時(shí)效處理得到耐熱鑄造鋁合金。

8、本發(fā)明中將cu的含量控制在5～12wt.％，ca的含量控制在0.5～2.0wt.％，可以提升耐熱鑄造鋁合金的鑄造性能，能夠保證合金具有優(yōu)良的鑄造性能的前提下，使合金力學(xué)性能提升。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述耐熱鑄造鋁合金中cu/ca的原子百分?jǐn)?shù)比≥4:1。

10、本發(fā)明中通過(guò)控制cu/ca的質(zhì)量比≥7:1，結(jié)合澆鑄、固溶和時(shí)效工藝，使合金在晶界處形成al8cu4ca三元共晶相以及針狀θ'-al2cu二元共晶相，一方面減小合金的熱裂傾向，使al-cu合金的鑄造性能提升；另一方面，使合金同時(shí)具有良好的室溫和高溫力學(xué)強(qiáng)度。如果cu/ca質(zhì)量比＜7：1，合金中僅存在al8cu4ca三元共晶相，缺乏二元共晶θ'-al2cu相從而使合金的室溫和高溫力學(xué)強(qiáng)度較差。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，耐熱鑄造鋁合金，包含如下質(zhì)量百分含量的元素：cu:9～10.5wt.％，ca：1.0～1.1wt.％，mn：0.18～0.27wt.％，0.28≤re≤0.45wt.％，ti≤0.25wt.％，余量為al以及不可避免的雜質(zhì)。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述融化的溫度為740～760℃。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，將熔體溫度調(diào)制730-780℃后加入精煉劑。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，使用除氣裝置對(duì)合金熔體進(jìn)行凈化，然后靜置10-30分鐘。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，將合金液降溫至700～720℃進(jìn)行澆鑄。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述固溶的溫度為520～580℃，保溫時(shí)間12～30小時(shí)，60～80℃溫水淬火。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述時(shí)效處理為單級(jí)時(shí)效處理或回歸時(shí)效處理；

18、所述單級(jí)時(shí)效處理的溫度為165～250℃，時(shí)間為5～48h。

19、所述回歸時(shí)效處理具體包括：在200～350℃溫度下時(shí)效5～25h，隨后在450～550℃溫度下時(shí)效10～300min，隨后在150～300℃時(shí)效5～25h。

20、本發(fā)明鑄錠經(jīng)過(guò)固溶處理得到的過(guò)飽和固溶體在單級(jí)時(shí)效過(guò)程中在al基體中均勻析出亞穩(wěn)的θ'-al2cu相，該相呈現(xiàn)細(xì)小的針狀，具有良好的強(qiáng)化效果，經(jīng)過(guò)固溶和單級(jí)時(shí)效處理后的合金具有良好的室溫力學(xué)性能。但亞穩(wěn)的θ'-al2cu相熱穩(wěn)定性較差，在高于200℃條件下容易粗化使其強(qiáng)化效果減弱，導(dǎo)致合金的耐高溫性能有限。因此，本發(fā)明更優(yōu)選的方案是在固溶處理后采用回歸時(shí)效處理，不僅能夠提高合金的室溫力學(xué)性能，而且能夠提高合金的高溫力學(xué)性能。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過(guò)控制微合金種類和量以及優(yōu)化合金制備方法調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，使得耐熱鑄造鋁合金中第二相主要為晶界處的al8cu4ca三元共晶相和al基體中的θ'-al2cu相，不僅增強(qiáng)合金的熱處理強(qiáng)化效果，在保證延伸率的情況下提高耐熱鑄造鋁合金的室溫、高溫力學(xué)強(qiáng)度；而且有效降低合金的熱裂傾向，縮短了合金的凝固區(qū)間，提升合金的鑄造性能。

技術(shù)特征：

1.一種耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，包含如下質(zhì)量百分含量的元素：cu：5～12wt.％，ca：0.5～2.0wt.％，re≤0.8wt.％，mn≤0.3wt.％，ti≤0.5wt.％，余量為al以及不可避免的雜質(zhì)；re為ce、la、sc或er；

2.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述耐熱鑄造鋁合金中cu/ca的質(zhì)量比≥7：1。

3.如權(quán)利要求2所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，包含如下質(zhì)量百分含量的元素：cu:9～10.5wt.％，ca：1.0～1.1wt.％，mn：0.18～0.27wt.％，0.28≤re≤0.45wt.％，ti≤0.25wt.％，余量為al以及不可避免的雜質(zhì)。

4.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述融化的溫度為740～760℃。

5.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，將熔體溫度調(diào)制730-780℃后加入精煉劑。

6.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，使用除氣裝置對(duì)合金熔體進(jìn)行凈化，然后靜置10-30分鐘。

7.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，將合金液降溫至700～720℃進(jìn)行澆鑄。

8.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述固溶的溫度為520～580℃，保溫時(shí)間12～30小時(shí)，60～80℃溫水淬火。

9.如權(quán)利要求1所述耐熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述時(shí)效處理為單級(jí)時(shí)效處理或回歸時(shí)效處理；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種耐熱鑄造鋁合金，屬于高性能鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明依次采用熔融、凈化、澆鑄、固溶處理、時(shí)效處理，得到耐熱鑄造鋁合金，所述耐熱鑄造鋁合金包含如下質(zhì)量百分含量的元素：Cu：5～12wt.％，Ca：0.5～2.0wt.％，RE≤0.8wt.％，Mn≤0.3wt.％，Ti≤0.5wt.％，余量為Al以及不可避免的雜質(zhì)；RE為Ce、La、Sc或Er。本發(fā)明采用Cu、Ca等元素的合理配伍以及微量稀土元素調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，使合金中主要形成Al<subgt;8</subgt;Cu<subgt;4</subgt;Ca共晶相和Al<subgt;2</subgt;Cu共晶相，保證了合金具有優(yōu)良的鑄造性能和高的室溫和高溫力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：肖文龍,崔世琪,郗洪雷,吳舒凡,馬朝利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17