[发明专利]一种低热裂倾向的高强度Al‑Cu合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金材料制备领域，涉及一种含稀土元素La的低热裂倾向高强度Al-Cu合金及其制备方法。

背景技术

Al-Cu系合金一直具有强度高、韧性好、加工性能优越等特点，但因为其热裂倾向大的缺点一直制约着它的应用。热裂纹是合金凝固过程中，在准固相区收缩受阻而产生于晶界的一种缺陷。由于Al-Cu合金为固溶体型合金，其在凝固结晶温度范围较宽，致使其组织树枝晶极为发达，共晶成分较少，同时合金在凝固末期流动性差，使产生的裂纹不能充分被液相补缩，致使Al-Cu系合金热裂倾向较大。

发明内容

本发明目的在于通过添加稀土元素La降低高强度Al-Cu系合金热裂倾向，同时在一定程度上提升合金的综合机械性能。

一种低热裂倾向的高强度Al-Cu合金，其中各合金组分及其重量百分比为：Cu含量为3.8％-4.9％，Mg含量为1.2％-1.8％，Zr含量为0.1％-0.25％，稀土La含量为0.2％-0.5％，余量为Al。

优选的，所述的稀土La的重量百分比优选为0.35-0.45％。

进一步优选的，所述的稀土La的重量百分比优选为0.4％。

在合金中加入稀土元素La，一方面La元素富集在枝晶固液界面前沿，改变Cu了元素在合金中的平衡分配系数，使其不容易固溶到αAl基体中，造成成分过冷，使枝晶得到细化，减小了二次枝晶的间距，使裂纹的产生倾向降低；另一方面，La元素的加入形成了很多低熔点相，在凝固末期这些低熔点相形成液膜，由于液膜的存在，液膜之间存在结合力，使合金在凝固末期抵御晶间分离的能力增强，同时液膜还可以对已经产生的热裂纹形成一定的补缩。最终，Al-Cu系合金的热裂倾向得到降低。

稀土La添加量过少，对合金产生的上述变质细化效果不明显，但稀土La添加的量过多，稀土元素富集明显，失去变质的效果；此外随着稀土元素添加量的增加，生成的稀土化合物偏聚在晶界，由于其本身为脆性相对材料的性能造成不利影响。同时，考虑到应用成本，添加稀土La元素加入量也不宜过高。

本发明提供的添加La的低热裂倾向Al-Cu-Mg-Zr合金，是采用传统的铸态成型方法。

一种低热裂倾向的高强度Al-Cu合金的制备方法，包括以下步骤：

A、将坩埚加热到740-760℃的熔炼炉中，加入高纯Al和Al-5Zr中间合金；

B、待合金全部融化后，将炉温下降到710-730℃，加入Al-50Cu和Al-10La中间合金；

C、待合金全部融化后，将炉温下降到695-705℃，加入工业纯镁；

D、待合金全部融化后，轻轻搅拌1-2min，使合金液充分混合；

E、后经除气、精炼、清渣后，浇注到砂型或者模具内。

将合金浇筑到临界直径法测合金热裂倾向的金属模具中时，模具经预热至300℃。

本发明的优点和积极效果是：

本发明将稀土元素La加入到Al-Cu-Mg-Zr系铝合金中，从而显著的降低合金的热裂倾向提高了合金的综合机械性能，铸态下合金的抗拉强度、伸长率均有显著提升，经过热处理之后，新型合金的抗拉强度、伸长率可以进一步提升，抗拉强度可达到498MPa，伸长率可达到11.8％。同时，考虑到应用成本，添加稀土La元素量较小，成本较为经济，该合金在实际的工业生产中具有广泛的前景。

附图说明

图1、测定热裂的金属模具图；

图2、不同稀土La含量对低热裂倾向Al-Cu系合金热敏感系数；

图3、热烈倾向试样热裂情况(a)La＝0％wt、(b)La＝0.4％wt；

图4、圆柱形铸件力学性能加工件线切割示意图；

图5、不同稀土La元素含量对Al-Cu系合金性能影响。

具体实施方式

实施例1

将99.99％高纯Al、Al-5Zr中间合金随石墨坩埚加入到750℃的电阻熔炼炉中，待合金全部融化后，将炉温下降到720℃，加入Al-50Cu和Al-10La中间合金，待合金全部融化后，将炉温下降到700℃，加入工业纯镁。待合金全部融化后，轻轻搅拌1.5min，使合金液充分混合，后经除气、精炼、清渣后，浇注到砂型内或浇注到预热300℃的临界直径法测合金热裂倾向的金属模具中。加入合金质量分数百分比见表1。

表1、实施例1中的各合金化学成分(wt％)