[发明专利]一种压力下凝固制备高Cu含量Al-Cu合金的方法

说明书

本发明属于材料加工技术领域，特别是涉及一种高Cu含量Al‑Cu合金的制备方法。本发明提供的方法包括步骤(1)Al‑Cu母合金熔配；(2)超高压凝固Al‑Cu合金的制备。本发明是通过采用压力凝固技术，降低合金的热裂倾向，减小偏析，获得组织致密、均匀、性能优良的铸件。本发明选择一种压力凝固方法，在凝固过程中通过产生强制补缩降低合金的热裂倾向，消除缩孔、缩松等铸造缺陷，制备高Cu含量Al‑Cu合金。此外凝固过程中施加超高压力能显著细化合金组织，尤其降低Al₂Cu的尺寸。组织的细化有利于提高该合金的室温力学性能，使其在汽车及航空、航天领域有更广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种高Cu含量Al-Cu合金制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

Al-Cu作为一种高强铝合金，具有优异的力学性能和切削加工性能，在航空、航天、国防装备、汽车等领域有着重要应用。

目前，Al-Cu合金主要是通过铸造方法制备。但是该合金的结晶温度范围宽，铸造性能差，容易形成缩孔、缩松和热裂等铸造缺陷。这类合金凝固时分配系数K＜1，低熔点富铜液相被排挤到枝晶间隙，呈现出较为严重的枝晶偏析；此外，在铸造Al-Cu合金复杂厚壁件时，还容易产生Cu的宏观偏析。合金的成分不均匀严重影响铸件后续的热处理，导致铸件各处力学性能差异较大，在使用过程中可能因局部强度不够而断裂失效。较差的铸造性能以及严重的成分偏析制约着Al-Cu合金的发展。而且Cu含量增加，组织中CuAl₂脆性相增多，后续热处理强化效果变差，因此普通铸造Al-Cu合金中Cu含量较低，一般在4.5％-6.5％之间。

专利“一种Zn-Al-Cu-Mg合金高压处理工艺(CN 105441843 A)”公开了一种Zn-Al-Cu-Mg合金高压处理工艺，其特征在于：成分质量分数为27.1％Al，0.6％Cu，0.02％Mg，其余为锌，原材料采用1号锌、0号铝、纯镁锭、Al-Cu中间合金，在6kW电阻炉中进行熔炼，熔炼时合金加热到660～680℃，利用部分Zn料调节温度到620℃，经变质、精炼、扒渣后于550～600℃浇注成金属型试棒，铸型为金属型，浇注前预热到150～200℃，高压试验在CS-1B型高压六面顶压机上进行，试样用BN粉末进行包裹，用叶腊石做密封兼传压材料，将压力升高到指定压力后，开始加热到合金熔化温度，保温保压5min后停止加热，待试样冷却到室温，卸压，取出试样。虽然也有“高压处理工艺”，但是只能制备小尺寸的试样。此外，CN 105441843 A专利研究的是Zn合金，并不清楚是否可以应用于容易产生热裂倾向性的高铜含量的铝合金。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高Cu含量Al-Cu合金的新的制备方法。

本发明通过在凝固过程中引入超高压力，能够有效减小合金中的偏析，降低合金的热裂倾向，因此可以制备高Cu含量Al-Cu合金；此外，该技术还有利于细化凝固组织，进而提高合金的力学性能。

本发明提出的采用超高压凝固技术制备高Cu含量Al-Cu合金，通过在凝固过程中施加超高压，加快枝晶间富铜液相向铸件心部流动，从而减小偏析、降低热裂倾向，获得细化组织。只有获得组织致密、均匀、性能优良的优质铸件，材料的优良性能才能得到有效的发挥。能够有效地解决Al-Cu合金中缩孔、缩松和热裂等铸造缺陷及微观组织偏析的问题。

具体的技术方案如下：

采用传统铸造方法按成分配比熔配Al-Cu母合金锭，采用超高压凝固方法制备Al-Cu合金，包括以下步骤：

(1)Al-Cu母合金熔配

先抽真空，后通入惰性氩气保护，将原料Al和原料Cu按一定质量比进行熔炼；将熔炼后的合金液经除气、除渣后浇注，最终得到母合金锭；

(2)超高压凝固Al-Cu合金的制备