[发明专利]一种高塑性、高强度铸造铍铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高塑性、高强度铸造铍铝合金及其制备方法，其组分及重量百分比为：铍(Be)56～65％，铝(Al)33～42％，镍(Ni)0.7～1.0％，锂(Li)0.3～0.6％，锗(Ge)0.5～1.0％，其余为不可避免的杂质。通过添加非稀土元素的金属以改性合金微观组织，结合高温熔炼、两段式保温、均匀化与热轧工序获得了铍晶粒球形化程度较高并兼具较高强度和塑性的铸造铍铝合金。本发明合金成本相对低、合金组织均匀致密、铸造缺陷少，同时生产工艺流程短、技术难度相对低，合金强度与塑性接近或高于粉末冶金铍铝合金，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及有色金属合金制备领域，尤其是铍铝合金制造领域，具体为一种高塑性、高强度铸造铍铝合金及其制备方法。

背景技术

铍铝合金良好地结合了金属铍的低密度、高强度和金属铝的高塑性和优良的机加性能，具有高比刚度、高热导率以及优异的尺寸稳定性，在保留较高韧性的同时还具备易加工的特性，是一种独特的新型轻质高强合金，在航空航天、核工业等领域具有广阔的应用前景。

然而，金属铍、铝之间相互固溶度低，熔点差异大，采用常规铸造方法时合金凝固过程存在较宽的亚稳态混溶间隙与凝固区间，这些都导致铍与铝在凝固过程中发生完全相分离，合金实质上为纯铍与纯铝相互独立存在的复合材料，两者形成相互穿透的三维网状结构，其中铍相往往表现为发达的柱状树枝晶，铝相则填充铍晶粒枝晶臂间的空隙部位。两种金属凝固收缩率的差异导致合金中容易出现缩松和缩孔等铸造缺陷。此外，粗大的铍枝晶结构往往导致合金力学性能的各向异性，在熔体冷却速度较慢时两种金属的密度差异将导致合金出现宏观偏析。通过添加稀土元素作为变质剂可有效改善铸造铍铝合金组织与力学性能，但熔体冷却速度不够大时又极易出现合金元素在铍枝晶间隙内的微观偏析。以上各种铍铝合金的铸造缺陷会显著降低合金弹性模量、抗拉强度和延伸率/塑性等宏观力学性能，极大限制了铸造铍铝合金的工程应用。为此，迫切需要开发一种新的铸造铍铝合金及其制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种高塑性、高强度铸造铍铝合金及其制备方法，解决了常规铸造方法制备的铍铝合金存在的塑性差、强度低、铸造缺陷难控制等普遍存在的问题。通过添加非稀土元素的金属元素以改性合金微观组织，结合熔炼与热轧最终获得铍晶粒球形化程度较高并兼具较高强度和塑性的铸造铍铝合金，合金原料成本更低。同时制备工艺流程短、技术难度相对低，所得合金具有优异的力学性能和微观组织结构。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高塑性、高强度铸造铍铝合金，按照质量百分比包括：铍(Be)含量56～65％，铝(Al)含量33～42％，镍(Ni)含量0.7～1.0％，锂(Li)含量0.3～0.6％，锗(Ge)含量0.5～1.0％，其余为不可避免的杂质。

进一步的，所述的锂通过商用标准铝锂中间合金的方式加入，以质量份数计，其中锂含量为5～10％。

进一步的，所述的合金组分对应的原料(除铍外)的纯度不低于99.9％。

一种上述的铍铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用感应熔炼方法，熔炼炉内充入高纯氩气，将合金原料置于石墨坩埚内，进行预热；

(2)升温后保温以熔化所有原料，之后降温并继续保温，最后浇注成锭；

(3)将合金锭于氩气气氛中均匀化热处理，之后淬火；

(4)将均匀后的铸锭经车削加工去除表面氧化皮，然后经热轧得到板坯；

(5)将合金板坯退火。

进一步的，所述的步骤(1)中，采用感应熔炼方法，熔炼炉内充入0.1～0.4个大气压的高纯氩气，将合金原料置于石墨坩埚内，于150～200℃温度下预热10～30分钟。