[发明专利]一种Al-Cu-Mn-Sn合金及其热处理工艺和应用

说明书

本发明涉及铝合金材料制备技术领域，具体涉及一种Al‑Cu‑Mn‑Sn合金及其热处理工艺。Al‑Cu‑Mn‑Sn合金按重量百分比包括以下成分：Cu 1.5％‑2.5％，Mn 0.1‑0.5％，Sn0.05％‑0.1％，余量为铝及附带的元素。热处理工艺，包括如下步骤：(1)熔炼、铸造得到Al‑Cu‑Mn‑Sn合金锭；(2)将上述合金锭进行固溶处理并淬火冷却至室温；(3)将淬火后的合金在室温下停放一段时间，然后进行人工时效。针对可热处理强化铝合金存在自然时效行为和停放效应而影响部分产品加工和使用性能的问题，本发明通过调整元素含量和比例，提供了一种无自然时效行为和停放效应的Al‑Cu‑Mn‑Sn合金，并通过“保留固溶”的热处理工艺，既节能高效又可使上述Al‑Cu‑Mn‑Sn合金获得更高的强度，得到的合金硬度大于75HBW。

技术领域

本发明涉及铝合金材料制备技术领域，具体涉及一种Al-Cu-Mn-Sn合金及其热处理工艺和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

铝合金具有比强度高，加工性能和耐腐蚀性能好等优点，在航空航天、军事、交通运输等领域具有广泛的应用。在复杂形状零部件的生产和使用过程中，一方面希望材料在加工过程中强度低、塑性高，从而降低加工难度；另一方面希望零部件成型后在使用过程中具有较高的强度。可热处理强化的铝合金能够满足这一要求，可热处理强化的铝合金在固溶处理后强度较低，时效后强度明显升高。因此，可以将材料固溶后进行加工成型，然后通过时效处理获得高的使用强度，即采用固溶—加工成型—时效的工艺流程。

2xxx(Al-Cu)系和6xxx(Al-Mg-Si)系合金是常用的可热处理强化的铝合金。但是，大部分2xxx系合金具有自然时效能力，即固溶后，在室温下放置其强度会增加，这影响了其加工成型性能；而6xxx合金具有明显的停放效应，即固溶处理后在室温下放置一段时间(例如＞0.5h)再进行时效，其屈服强度比固溶处理后立即时效降低10％左右，这影响了其使用性能。针对停放效应，国内外学者进行了大量研究，发现固溶后立即进行一定的预处理(例如100℃保温0.5h左右)可以减轻停放效应对强度的负面影响。但预处理会增加工序，对于大型坯料难以进行快速、均匀地加热和冷却，容易造成产品质量不稳定，大批量生产存在困难。因此，研发一种没有自然时效能力和停放效应的铝合金具有重要意义。

对于可热处理强化的铝合金，固溶处理是时效强化的前提，因此，固溶工艺在很大程度上决定了材料最终的力学性能。目前，一般认为提高固溶温度、延长固溶时间，使合金元素充分溶进铝基体中形成固溶体有利于获得更高的强度。但这会造成大量的能源消耗和生产效率的降低。因此，研究新的固溶工艺，使其在节能高效的基础上能够使材料获得高的强度将具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的可热处理强化铝合金存在自然时效行为和停放效应而影响部分产品加工和使用性能的问题，本发明的目的是提供一种Al-Cu-Mn-Sn合金及其热处理工艺和应用，本发明通过调整元素含量和比例，提供一种无自然时效行为和停放效应的铝合金，通过本发明的“保留固溶”热处理工艺，既节能高效又可使上述Al-Cu-Mn-Sn合金获得更高的强度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种Al-Cu-Mn-Sn合金，按重量百分比包括以下成分：Cu 1.5％-2.5％，Mn 0.1-0.5％，Sn 0.05％-0.1％，余量为铝及附带的元素。