[发明专利]一种提高Al-4Cu-3Si合金强韧性的优化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高Al-4Cu-3Si合金强韧性的优化工艺，属于Al-4Cu-3Si合金性能优化技术领域。

背景技术

Al-4Cu-3Si系铸造铝合金的主要优点是密度较小,强度和塑性较好,在海水等介质中有很好的耐蚀性,加工、抛光和电镀等性能也较好。耐蚀性能则是铸造铝合金中最高的,固溶状态耐蚀性能更高,因此在航空、造船、食品和化工等工业部门得到了较广泛的应用。但是与变形铝合金相比,铸造铝合金的缺点是强韧性稍逊,使其应用受到限制,因此提高铸造铝合金的强韧性有很大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种提高Al-4Cu-3Si合金强韧性的优化工艺，能够改善合金相的形态结构特征，形成新的高熔点、高热稳定性的第二相或细化晶粒组织，使得合金强韧性得到提高。

本发明的技术方案：

一种提高Al-4Cu-3Si合金强韧性的优化工艺，在铸态Al-4Cu-3Si合金中添加稀土Nb元素，所述稀土Nb元素以质量分数计为0.35%～0.42%，余量为Al-4Cu-3Si合金，采用常规的冶炼方式进行冶炼。

所述的稀土Nb元素以中间合金的方式添加。

所述的稀土Nb元素以质量分数计为0.4%，余量为Al-4Cu-3Si合金及杂质。

本发明的有益效果：

在Al-4Cu-3Si合金中加入Nb能细化铸态合金的晶粒,形成Al4MgNB相,沿晶界不连续分布,起到很好的晶界强化作用,从而提高合金的抗拉强度和伸长率。当Nb含量为0.4%时合金具有最佳的综合力学性能,抗拉强度达到261.8MPa,伸长率为4.3%。当NB含量超过0.4%时,Al4MgNb开始沿晶界连续分布,降低了晶界的结合强度,合金的强度和韧性下降。不含NB的合金拉伸测试时,出现典型的枝晶间脆性断裂,加Nb断裂机制转变为韧性断裂,因此合金韧性大大提高。因此，本发明性能优化工艺能够极大的提高Al-4Cu-3Si合金的强韧性。

附图说明：

图1是Al-4Cu-3Si合金的常温力学性能随Nb量的变化曲线图；

图2是不含Nb的Al-4Cu-3Si合金的铸态组织图；

图3是Nb含量为0.4%的Al-4Cu-3Si合金的铸态组织图。

具体实施方式：

实施例：

在纯铝的基础上,以Mg-NB中间合金的形式加入Mg和NB,配制4种不同NB含量(0、0.2%、0.4%、0.6%)的Al-4Cu-3Si合金,镁的氧化烧损率按2%计算。先将纯铝放入铁质坩埚中熔化,720℃左右将Mg-NB中间合金压入金属液。接着用带孔石墨棒旋转吹氩气精炼5min。730℃时浇注到预热至250℃的金属型中,得到12mm的铸态试棒。整个过程采用体积分数为1%的SF6+CO2气体进行保护,防止镁的氧化烧损。铸态试棒在箱式电阻炉中进行430℃×12h固溶处理,出炉后25℃水冷并自然时效1天。在DWD电子万能试验机上进行固溶后试棒的拉伸试验,拉伸速率为1mm/min。切取金相试样,磨制并用体积分数为5%的HF水溶液腐蚀,采用MDS倒置金相显微镜观察组织和照相。用Quanta(200)扫描电镜及其能谱仪分析合金形貌和元素分布;用X-PertPRO型X射线衍射仪分析合金中的物相;用CorrTest电化学测试系统测试合金基体的腐蚀极化曲线,腐蚀液采用质量分数为3.5%的NaCl水溶液,动电位扫描速率为3.33mV/s,扫描范围为-0.5~0.5V。

从图1看出,在NB含量(质量分数,下同)从0到0.4%的变化过程中,合金的抗拉强度是逐渐增加的。Nb含量为0.4%时,抗拉强度达到最大值269.65MPa。随着Nb量的进一步增加,合金的抗拉强度下降。随着Nb含量的增加,伸长率先下降后上升然后又下降,在0.4%处有个峰值,其值接近不含Nb金的伸长率。

从图2和图3中可见,铸态合金由α(Al)基体和沿晶界析出的第二相组成。晶界上的网状脆性β相对合金力学性能是不利的,因此铸态合金的力学性能很低。对比图2和图3可以发现,微量元素Nb对Al-4Cu-3Si合金有显著的晶粒细化作用,而且加Nb后合金的缩松显著减少,说明Nb能改善Al-4Cu-3Si合金的铸造性能,细化组织晶粒,从而提高力学性能。