專利名稱：：一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，具體來說是一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料。技術(shù)背景鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中?，F(xiàn)在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。鋁合金的發(fā)展可追溯到1906年時效強(qiáng)化現(xiàn)象在柏林被AlfredWilm偶然發(fā)現(xiàn)，硬鋁Duralumin、隨之研制成功并用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上。在此基礎(chǔ)上隨后開發(fā)出多種A1-Cu系合金。法國于20世紀(jì)初研制成功A-U5GT((W)si《0.05%，(W)Fe《0.10%)鋁合金，抗拉強(qiáng)度(T4)S275Mpa、SAEJ452-1989)，投入生產(chǎn)應(yīng)用，已列入法國國家標(biāo)準(zhǔn)和宇航標(biāo)準(zhǔn)；美國鋁協(xié)會牌號201.0(1968年)和206.0(1967年)合金都是在A-U5GT基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)而形成的，1974年的204.0鋁合金等同于A-U5GT;201.0(AlCu4AgMgMn)的商業(yè)名稱是KO-1(ASTMB26/B26(M)—1999，抗拉強(qiáng)度T7狀態(tài)為415Mpa，延伸率3%)，受美國專利保護(hù)，且成分含Ag(0.4X-1.0X)，成本高。俄羅斯BAJI10主元素成分相當(dāng)于國內(nèi)的ZL204，但添加微量元素保密，僅用于軍事或其他要求高的領(lǐng)域。我國研制了ZL204A、ZL205A等鑄造用鋁合金牌號，ZL204AT5狀態(tài)值下抗拉強(qiáng)度440Mpa，S5〉4%，但該合金在A1-Cu系鑄造合金中流動性最差，抗熱裂性最差。按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB1173-86)規(guī)定，ZL205A的抗拉強(qiáng)度T5狀態(tài)為435Mpa，T6狀態(tài)下為465Mpa(GB/T1173-1995標(biāo)準(zhǔn)，ZL205A(T6)的抗拉強(qiáng)度為470Mpa)，是目前世界上強(qiáng)度最高的鑄造鋁合金材料之一。ZL205A(T5)的塑性好，伸長率可達(dá)7%，該合金已在我國航空、航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其成分含有V貴重金屬元素，價格高昂；同時，需用精鋁或高純鋁作基體金屬，不但增加成本，原料供應(yīng)也受限制。另外，在ZL205A基礎(chǔ)上加入RE研制了ZL209，仍受添加V元素成本高的限制。北京航空材料研究院呂杰等研制出一種與ZL205A主成分相近的鋁合金，但微量元素中含有O.1%-0.25。/。V，其抗拉強(qiáng)度在385-405Mpa之間、伸長率達(dá)19%23%，僅見文獻(xiàn)研究報道，且抗拉強(qiáng)度稍低，原材料含有價格昂貴的V。綜上所述，可知目前國內(nèi)外在高強(qiáng)度鑄造鋁合金領(lǐng)域研究中存在的問題有強(qiáng)度不夠高，極少有高于450Mpa的鑄造鋁合金；配方中普遍加入了千分之一以上的貴金屬和稀有元素(銀、釩、鈹?shù)?，且基體金屬多采用高純級鋁，成本高，原料來源受限，難以在民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用；未能解決強(qiáng)塑比問題，合金強(qiáng)度與可鑄性的矛盾突出；疲勞壽命短，抗應(yīng)力腐蝕性差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對目前高強(qiáng)度鑄造鋁合金領(lǐng)域存在的高成本配方，強(qiáng)度低，可鑄性差，疲勞壽命短，抗應(yīng)力腐蝕性差等技術(shù)難題，通過優(yōu)選普通元素配方和熔鑄、凈化等工藝，研制出高強(qiáng)高韌高抗蝕性的軍民兩用鑄造鋁合金材料。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該合金成分為Cu2.06.0%，Mn0.051.0%，Ti0.010.5%，Cr0.010.2%，Cd0.010.4%，Zr0.010.25%，BO.0050.04%，稀土元素O.050.3%，其余為Al及微量雜質(zhì)元素。稀土元素為Pr。該高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料的制備方法包括如下步驟(1)往熔煉爐中加入適量的鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在66085(TC下保溫(2)再按配方比例先加入Cu、Mn合金元素攪拌均勻后再加入Ti、Cr、Cd、Zr、B、Pr微量元素，攪拌均勻；(3)然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑(可根據(jù)不同工況采用氯氣、六氯乙烷、氯化錳等作為精煉劑)，并攪拌均勻，同時為防止熔體吸入水份和燒損，熔體精煉應(yīng)盡可能在封閉環(huán)境中操作；(4)合金液傾倒出爐，在線過濾、除氣、除渣處理；(5)金屬型鑄造；(6)最后在進(jìn)行62(TC以下、72小時以內(nèi)的固溶析出強(qiáng)韌化熱處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)先進(jìn)的合金成分設(shè)計及微合金化設(shè)計。在A1-Cu-Mn主成分的基礎(chǔ)，找到了合理的微合金元素(Ti、Cr、B、Zr、稀土等)并確定其成分范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)替代貴重稀有金屬Ag、V等的作用，降低了配方成本510%。(2)先進(jìn)的熔煉除雜技術(shù)，有效破解了除雜的技術(shù)瓶頸，使材料的抗拉強(qiáng)度大于440Mpa，同時延伸率大于6%。(3)在保持高強(qiáng)度的同時能明顯提高其塑性的方法。本高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料經(jīng)科技部西南信息中心査新中心査新結(jié)論為"采用本項目所述元素成分達(dá)到所述參數(shù)的'新型高強(qiáng)度鑄造鑄造鋁合金研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化'，國內(nèi)外未見文獻(xiàn)報道。"該課題知識產(chǎn)權(quán)和研究成果不會產(chǎn)生糾紛和沖突。新材料的組成及性能參數(shù)表征下表為部分Al-Cu合金國家標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能與本高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料的對比-Al-Cu合金國家標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性lg(GB/T1173-1④5)與高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料的對比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施方式實施例按重量百分比計，該合金成分為Cu2.06.0%，MnO.051.0%，TiO.010.5%，Cr0.010.2%，Cd0.010.4%，ZrO.010.25%，BO.0050.04%，PrO.050.3%，其余為Al及微量雜質(zhì)元素。(1)往熔煉爐中加入適量的鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在66085(TC下保溫(2)再按配方比例先加入Cu、Mn合金元素攪拌均勻后再加入Ti、Cr、Cd、Zr、B、Pr微量元素，攪拌均勻；(3)然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑(可根據(jù)不同工況采用氯氣、六氯乙烷、氯化錳等作為精煉劑)，并攪拌均勻，同時為防止熔體吸入水份和燒損，熔體精煉應(yīng)盡可能在封閉環(huán)境中操作；(4)合金液傾倒出爐，在線過濾、除氣、除渣處理；(5)金屬型鑄造；(6)最后在進(jìn)行62(TC以下、72小時以內(nèi)的固溶析出強(qiáng)韌化熱處理。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料，其特征在于按重量百分比計，該合金成分為Cu2.0～6.0％，Mn0.05～1.0％，Ti0.01～0.5％，Cr0.01～0.2％，Cd0.01～0.4％，Zr0.01～0.25％，B0.005～0.04％，稀土元素0.05～0.3％，其余為Al及微量雜質(zhì)元素。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料，其特征在于稀土元素為Pr。全文摘要本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料，按重量百分比計，該合金成分為Cu2.0～6.0％，Mn0.05～1.0％，Ti0.01～0.5％，Cr0.01～0.2％，Cd0.01～0.4％，Zr0.01～0.25％，B0.005～0.04％，Pr0.05～0.3％，其余為Al及微量雜質(zhì)元素。本發(fā)明采用先進(jìn)的合金成分設(shè)計及微合金化設(shè)計。在Al-Cu-Mn主成分的基礎(chǔ)，找到了合理的微合金元素(Ti、Cr、B、Zr、稀土等)并確定其成分范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)替代貴重稀有金屬Ag、V等的作用，降低了配方成本5～10％。文檔編號C22C21/12GK101319287SQ200810302670公開日2008年12月10日申請日期2008年7月9日優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日發(fā)明者盧錦德,張中可,張德恩,張曉燕,燕光譜,云車申請人:貴州大學(xué);貴州鋁廠;貴州科學(xué)院