專利名稱：一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金及其制備方法。屬于高性能的中溫結(jié)構(gòu)金屬材料及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。。
背景技術(shù)：
鋁銅系鑄造鋁合金是一種可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，由于其較好的時(shí)效硬化能力和 熱穩(wěn)定性，被用做中溫結(jié)構(gòu)材料。屬于這類典型材料有我國(guó)的ZL201與美國(guó)的242. 0。ZL201 鑄造鋁合金的主要化學(xué)成分及重量百分比為Cu4. 5 5. 3%，Mn 0. 6 1. 0%，Ti 0. 15 0.35%，其余為Al，其室溫抗拉強(qiáng)度(^為363MPa，300°C時(shí)σ b為118MPa ;242. 0鑄造鋁合 金的主要化學(xué)成分及其重量百分比為Cu 3. 5 4.5%，Mg 1.2 1.8%，Ni 1.7 2.3%， 其余為鋁，其室溫抗拉強(qiáng)度σ b為275MPa，300°C時(shí)σ b為55MPa。因這兩種鑄造合金的室溫 及中溫強(qiáng)度相對(duì)比較低，其主要應(yīng)用于不超過(guò)150°C時(shí)的工作環(huán)境中。為此有必要進(jìn)一步提 高其力學(xué)性能，使合金具有較好的室溫和中溫抗拉強(qiáng)度。本發(fā)明者提出通過(guò)摻雜稀土元素進(jìn)行微合金化處理，使鑄態(tài)Al-Cu-Mg-Ag合金的 晶粒細(xì)化，然后再進(jìn)行固溶時(shí)效處理，可改善合金的時(shí)效析出過(guò)程，進(jìn)一步提高其耐熱性能中國(guó)專利CN2007100360721. 1，但由于稀土微合金化鑄造法制備的合金的晶粒仍然粗 大，晶粒的平均直徑在50um以上，合金性能提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在針對(duì)現(xiàn)有的鋁銅鎂銀系鑄造耐熱鋁合金的技術(shù)不足和缺陷，提 出一種組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可有效提高鋁合金的總體強(qiáng)度和高溫耐熱性能的鋁 銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金及其制備方法。使鋁合金的性能超過(guò)現(xiàn)有的鑄錠冶金型耐熱
招合金ο本發(fā)明一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金，由下述組分按重量百分組成Cu:4 10%，Mg :0· 8 2.0%，Ag :0· 4 2.0%，Mn :0 1.0%，Zr :0 1.0%，Ti 0 1.0%，余量為Al，各組分之和為100%。本發(fā)明一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，包括下述步驟第一步配料、混合按照合金成分，取Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr、Ti元素粉末配料、球磨混合均勻；第二步制坯將球磨后的復(fù)合粉末在室溫下模壓成型坯料；第三步燒結(jié)
將第二步所得坯料進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為580 620°C，真空度為 0. 001 0. lPa，燒結(jié)時(shí)所施加的壓力為15 25MPa，燒結(jié)時(shí)間4 IOh ；第四步固溶、淬火、時(shí)效將第三步所得燒結(jié)坯料固溶，固溶溫度為520 540°C，時(shí)間為2 24h，出爐室溫水淬或油淬；淬火后，進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度150 210°C，時(shí)效時(shí)間4 40h。本發(fā)明中，所述元素粉末粒度為-100目 -300目。本發(fā)明中，所述球磨，球蘑機(jī)轉(zhuǎn)速為100 400轉(zhuǎn)/分鐘；球磨后過(guò)-50目篩。本發(fā)明中，所述模壓成型壓力為200 400MPa。本發(fā)明中，所述真空熱壓燒結(jié)在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用元素粉末的方法進(jìn)行混料，通過(guò)球磨，使銅、錳、鈦、鋯、銀等元素在鋁 基體中固溶度超過(guò)其理論固溶度，然后通過(guò)真空熱壓燒結(jié)，使元素粉末反應(yīng)充分進(jìn)行，以獲 得致密度高、孔隙少、晶粒細(xì)小(晶粒的平均直徑在20um以下)、金屬間化合物相細(xì)小彌散 分布的燒結(jié)態(tài)樣品，再進(jìn)行固溶時(shí)效處理獲得納米尺寸分布的時(shí)效析出強(qiáng)化相，最終使合 金的組織處于多相細(xì)小彌散分布狀態(tài)，從而使其具有良好的綜合機(jī)械性能，同時(shí)，合金的耐 熱性能明顯超過(guò)現(xiàn)有的鑄態(tài)鋁銅鎂銀系耐熱鋁合金。綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可有效提高鋁合金的總體強(qiáng)度和 高溫耐熱性能；采用元素粉末法，通過(guò)球磨、壓坯、真空熱壓燒結(jié)及固溶時(shí)效的方法，獲得晶 粒細(xì)小的粉末冶金耐熱鋁合金，使其性能滿足中溫結(jié)構(gòu)材料對(duì)耐熱鋁合金的要求。拓展了 鋁合金在中、高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。形成可實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的粉末冶金耐熱鋁合金及其 制備方法。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，采用元素粉末進(jìn)行配料設(shè)計(jì)鋁銅鎂銀系合金，元素粉末通過(guò) 球磨后室溫壓坯成型，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)處理獲得高致密化的產(chǎn)品，燒結(jié)產(chǎn)品 然后通過(guò)固溶時(shí)效處理。室溫和高溫抗壓縮強(qiáng)度明顯超過(guò)現(xiàn)有的鑄態(tài)鋁銅鎂銀系耐熱鋁合 金。具體實(shí)施例說(shuō)明如下實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為Al-7Cu-0. 8Mg-0. 4Ag (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合金配料為200目銅粉、 100目鋁粉、100目鎂粉、300目銀粉。元素粉末通過(guò)氬氣保護(hù)，在球磨機(jī)上以100轉(zhuǎn)/分鐘的 速度球磨60h后過(guò)-50目篩，然后在室溫下以200MPa的壓力模壓成型。壓坯在真空熱壓燒 結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，真空度為0. IMPa，燒結(jié)溫度為580°C，燒結(jié)時(shí)間為10h，燒結(jié)壓力為15MPa。 燒結(jié)后的試樣在520°C固溶24h，淬入室溫水中，然后在210°C進(jìn)行人工時(shí)效處理4h。合金 的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度彡466MPa，300°C時(shí)的最大抗壓縮強(qiáng)度彡232MPa。實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為Al-4Cu-l.4Mg-l. 2Ag_0. 5Μη_0· 25Zr-0. 25Ti (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 合金配料為100目銅粉、250目鋁粉、100目鎂粉、200目銀粉、100目錳粉、100目鈦粉、100 目鋯粉。元素粉末通過(guò)氬氣保護(hù)，在球磨機(jī)上以250轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨35h后過(guò)-50目 篩，然后在室溫下以300MPa的壓力模壓成型。壓坯在真空熱壓燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，真空度為0. OlMPa，燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)時(shí)間為7h，燒結(jié)壓力為20MPa。燒結(jié)后的試樣在530°C固溶13h，淬入室溫水中，然后在180°C進(jìn)行人工時(shí)效處理22h。合金的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度 ≥453MPa，300°C時(shí)的最大抗壓縮強(qiáng)度彡229MPa。實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為Al-4Cu-l.4Mg-l. 2Ag_0. 5Μη_0· 5Zr_0. 5Ti (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合 金配料為100目銅粉、300目鋁粉、200目鎂粉、100目銀粉、100目錳粉、100目鈦粉、100目 鋯粉。元素粉末通過(guò)氬氣保護(hù)，在球磨機(jī)上以250轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨35h后過(guò)-50目篩， 然后在室溫下以300MPa的壓力模壓成型。壓坯在真空熱壓燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，真空度為 0. OlMPa，燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)時(shí)間為7h，燒結(jié)壓力為20MPa。燒結(jié)后的試樣在530°C固 溶13h，淬入室溫油中，然后在180°C進(jìn)行人工時(shí)效處理22h。合金的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度 ≥462MPa，300°C時(shí)的最大抗壓縮強(qiáng)度≥24IMPa.實(shí)施例4實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為Al-10Cu-2.OMg-2. OAg-1. OMn-1. OZr-1. OTi (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 合金配料為150目銅粉、200目鋁粉、150目鎂粉、150目銀粉、150目錳粉、200目鈦粉、200 目鋯粉。元素粉末通過(guò)氮?dú)獗Ｗo(hù)，在球磨機(jī)上以400轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨IOh后過(guò)-50目 篩，然后在室溫下以400MPa的壓力模壓成型。壓坯在真空熱壓燒結(jié)爐中熱壓燒結(jié)，真空度 為0. OOlMPa，燒結(jié)溫度為620°C，燒結(jié)時(shí)間為4h，燒結(jié)壓力為25MPa。燒結(jié)后的試樣在540°C 固溶2h，淬入室溫水中，然后在150°C進(jìn)行人工時(shí)效處理40h。合金的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度 ≥485MPa，300°C時(shí)的最大抗壓縮強(qiáng)度≥253MPa。對(duì)比例1實(shí)驗(yàn)合金化學(xué)成分為Al-4Cu-l.4Mg-l. 2Ag_0. 5Μη_0· 25Zr-0. 25Ti (質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 合金配料(原料為A00純鋁、A1-50CU中間合金、2號(hào)工業(yè)純鎂、99. 9%的白銀、Al-IOMn中 間合金、A1-4&中間合金)在中頻感應(yīng)電阻爐中熔煉，并用C2Cl6進(jìn)行精練處理，經(jīng)過(guò)靜置、 扒渣，通過(guò)鐵模澆鑄成坯錠。坯錠在450°C均勻化處理24h后，在400°C采用采用擠壓比為 12進(jìn)行熱擠壓，然后在525°C固溶15h，淬入室溫水中，然后在180°C進(jìn)行人工時(shí)效處理20h。 合金的室溫最大抗壓縮強(qiáng)度為352MPa，300°C時(shí)的最大抗壓縮強(qiáng)度為150MPa。
權(quán)利要求
一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金，由下述組分按重量百分組成Cu4～10％，Mg0.8～2.0％，Ag0.4～2.0％，余量為Al，各組分之和為100％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金，由下述組分按重量百 分組成Cu 4 10%， Mg 0. 8 2. 0%, Ag 0. 4 2. 0%, Mn 0 1. 0%, Zr 0 1. 0%,Ti 0 1.0%，余量為Al，各組分之和為100%。
3.制備如權(quán)利要求1或2所述一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的方法，包括下述 步驟第一步配料、混合按照合金成分，取Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr、Ti元素粉末配料、球磨混合均勻； 第二步制坯將球磨后的復(fù)合粉末在室溫下模壓成型坯料；第三步燒結(jié)將第二步所得坯料進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為580 620°C，真空度為0. 001 0. lPa，燒結(jié)時(shí)所施加的壓力為15 25MPa，燒結(jié)時(shí)間4 IOh ； 第四步固溶、淬火、時(shí)效將第三步所得燒結(jié)坯料固溶，固溶溫度為520 540°C，時(shí)間為2 24h，出爐室溫水 淬或油淬；淬火后，進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度150 210°C，時(shí)效時(shí)間4 40h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征在 于所述元素粉末粒度為-100目 -300目。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征在 于所述球磨，球蘑機(jī)轉(zhuǎn)速為100 400轉(zhuǎn)/分鐘；球磨后過(guò)-50目篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征在 于所述模壓成型壓力為200 400MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征在 于所述真空熱壓燒結(jié)在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行。
全文摘要
一種鋁銅鎂銀系粉末冶金耐熱鋁合金及其制備方法，所述合金有下述組份按重量百分組成Cu4～10％，Mg0.8～2.0％，Ag0.4～2.0％，Mn0～1.0％，Zr0～1.0％，Ti0～1.0％，余量為Al。采用元素粉末法，通過(guò)球磨、壓坯、真空熱壓燒結(jié)及固溶時(shí)效的方法，獲得晶粒細(xì)小的粉末冶金耐熱鋁合金，合金的性能明顯超過(guò)現(xiàn)有的鑄態(tài)鋁銅鎂銀系耐熱鋁合金，可以滿足中、高溫結(jié)構(gòu)材料對(duì)耐熱鋁合金的要求?？蓪?shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，拓展了鋁合金在中、高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C21/12GK101818291SQ20101015448
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者宋旼, 肖代紅 申請(qǐng)人:中南大學(xué)