[发明专利]铝-铜合金的变质处理方法及铝-铜-钙合金

说明书

本发明提供了一种铝‑铜合金中初生或共晶θ‑Al₂Cu相的变质处理方法，向铝‑铜合金中添加入0.01‑2%的钙元素，可以使初生或共晶θ‑Al₂Cu相尺寸减小、形貌改变。该变质处理方法简单易操作、生产成本低。本发明还提供了用上述方法进行变质处理后所得的一种含有0.01‑2%钙元素的Al‑Cu‑Ca合金。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，尤其涉及一种铝-铜合金中共晶和初生Al₂Cu相的变质处理方法，以及变质处理后所获得的铝-铜-钙合金。

背景技术

铜含量低于51wt.%的铝基铝-铜合金是生产中常用的一类高强和高硬铝基合金。合金中的铜元素与铝结合生成θ-Al₂Cu相，含铜量低于33.2%左右时，在普通铸造或熔化焊接等生产条件下，在初生α-Al晶粒之间的晶界处形成共晶组织（α-Al+θ-Al₂Cu），其中的共晶θ-Al₂Cu相很容易生长形成较粗、较长的片状结构，甚至包围铝晶粒，使铝晶粒相互之间失去连接；当铜含量超过33.2%左右后，除了（α-Al+θ-Al₂Cu）共晶组织之外，铝-铜合金基体中还出现了粗大的呈条块状或树枝状的初生θ-Al₂Cu相。尺寸较大的片状共晶θ-Al₂Cu或粗大的初生θ-Al₂Cu相导致合金变脆，力学性能大幅下降，同时流动性等铸造工艺性能、焊接工艺性能也迅速下降。为提高铝-铜合金的性能，需要对铝-铜合金组织中的共晶或初生θ-Al₂Cu相进行变质处理，以达到降低其尺寸、改变其形貌的目的。文献“潘志勇，特种铸造及有色合金，2009，29（8）：713-716” 对半固态（处于固相和液相线温度之间）的Al-40Cu合金进行机械搅拌，使基体中的初生θ-Al₂Cu相在机械力作用下由粗大的长条状、树枝状转变为尺寸较小的近等轴晶，使合金性能得到较大提高。但是这种方法只能对初生θ-Al₂Cu相产生产作用，对共晶θ-Al₂Cu相无能为力，而且这一特殊方法难以普遍适用于常规铸造或各种焊接等生产工艺条件。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了对铜含量低于51wt.%的铝-铜合金中的初生或共晶θ-Al₂Cu相进行变质处理的方法。通过向铝-铜合金中加入一定比例的钙元素，在合金凝固过程中，钙元素对初生或共晶θ-Al₂Cu的晶粒形核或生长过程产生影响，使θ-Al₂Cu相数量增多，达到尺寸减小或形貌改变的变质处理效果，同时得到一种以铝-铜为基体、含有钙元素的铝-铜-钙合金。

本发明的技术方案如下：

一种铝-铜合金中初生或共晶θ-Al₂Cu相的变质处理方法：向铝-铜合金中添加含有钙元素的物质；

上述变质方法中，所述含有钙元素的物质加入量满足钙元素在铝-铜合金中的含量为铝-铜合金质量的0.01-2%；

上述方法中，优选的，钙元素在铝-铜合金中的含量为铝-铜合金质量的0.1-1%；

上述铝-铜合金中初生或共晶θ-Al₂Cu相的变质处理方法，具体包括以下步骤：

（1）将待处理的铝-铜合金熔化至其液相线以上的温度范围，得到合金熔体；

（2）向步骤（1）中的合金熔体中加入一定量的含有钙元素的物质，然后使钙元素在铝-铜合金熔体中分布均匀；

（3）将步骤（2）得到的合金熔体冷却，凝固后即得变质处理的合金。

优选的，上述铝-铜合金中初生或共晶θ-Al₂Cu相的变质处理方法步骤（2）中，所述含有钙元素的物质是铝-钙中间合金、铜-钙中间合金、镁-钙中间合金中的一种或若干种。