[发明专利]一种具有{001}＜x10＞织构的Al-Cu铸造合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有{001}x10织构的Al‑Cu铸造合金及其制备方法和应用，所述的具有{001}x10织构的Al‑Cu铸造合金，包括按质量百分比计的如下组分：Cu 4.36～4.71％，Mn 0.3～0.52％，Ti 0.15‑0.35％，B0.006‑0.047％，Zr 0.08～0.2％，V 0.11～0.29％,La 0.03～0.18％,Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al。本发明所述的Al‑Cu铸造合金具有较高强度的{001}x10织构，且该类型晶粒尺寸细小，使合金的抗拉强度和屈服强度高，同时延伸率好，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，尤其是涉及一种具有{001}x10织构的Al-Cu铸造合金及其制备方法和应用。

背景技术

铝合金悬置支架是商用车装备中的一类关键承力结构，为满足装备轻量化、高承载效率要求，目前广泛采用结构功能一体化的设计方法，其零件结构越来越复杂，力学性能也要求越来越高。目前商用车悬置支架为满足减重及强度要求，Al-Cu系铸造合金潜力巨大。这是因为Al-Cu系铸造合金具有优异的综合力学性能，如高强度、较好的延展性和良好的高温性能及切削性。但是目前Al-Cu系合金应用的一个关键难题是其结晶温度范围宽，凝固时共晶组织中θ(Al₂Cu)相塑性差，易发生拉裂，造成Al-Cu系合金强度和塑性难以同时兼顾的缺点，严重制约了Al-Cu系合金的应用。

目前已有针对调控Al-Cu系铸造合金综合性能的技术报道，如专利(CN109988953A)通过加入了微量的稀土元素La和Gd，使这两种稀土元素沿枝晶和晶界分布，形成了连续或不连续的网膜，从而使晶间裂纹不易扩展，提高了Al-Cu系铸造合金的抗拉强度和伸长率。专利(CN111041304A)通过提升Al-Cu系铸造合金中Mn元素的含量比例，形成MnAl16化合弥散质点沿晶界分布，阻碍再结晶经晶粒的长大；同时熔解铁杂质，形成(Fe、Mn)Al16化合物，减小铁的有害影响，有效提高了Al-Cu系铸造合金的抗热裂性能和延伸率。专利(CN111118358A)在Al-Cu系合金基础上采用了Si和Er还有Zr复合微合金化，显著提升Al-Cu合金的力学性能。专利(CN109022969A)通过在Al-Cu铸造合金上添加适量的Sc，同时实现了纳米级弥散相Al₃Sc与Al₂Cu相的可控共存，一定程度上同时提高了材料的强度与延伸率。专利(CN108048716A)在Al-Cu铸造合金上进行Sc的微合金化，显著细化Al₂Cu析出相，而且有效提高了该析出相的析出密度，明显提高了合金的室温强度。专利(CN102140602A)在Al-Cu合金中加入了适量的稀土Sm元素，能够明显有效改善第二相的形态及分布，使得封闭网状分布的第二相变薄，甚至呈完全不连续分布，减弱了第二相对基体的割裂能力，从而大幅度提高合金强度和延伸率。专利(CN105734372A)在Al-Cu系铸造合金的基础上通过Ti、Zr、Zn和Ce的合理配比，从而在维持合金高强度的同时提高了合金的铸造性能。

以上技术都是对Al-Cu合金进行稀土化或是添加适量的合金元素，从合金强化手段来调控其第二相及晶粒形态从而一定程度上提高合金强度、塑性和抗热裂性能。但是在提高合金强度的同时，塑性往往是有降低趋势的。塑性的本质实质上是由晶粒之间的协调变形能力所决定的，现有技术所提出的单纯通过笼统的合金强化及细晶处理来达到提高合金的力学性能不仅增加了合金的制备成本，也无法特定导向和高效的提高板材的强塑性能，具有较大的局限性。经研究发现，在所有取向的晶粒中，存在一类特定取向晶粒(或称特定类型织构)，其本身的取向特性和尺寸大小对强塑性能的影响是较为敏感的，而另一些晶粒的取向及尺寸对强塑性能的影响在一定数量级内可以忽略。在合金设计及制备工艺中，若是能有效增加该类型织构的强度并针对性地控制这些特定织构的晶粒尺寸，将会高效的提高合金强塑性能，并降低制备成本，因此，相关制备技术亟待开发。

发明内容