专利名称：：一种含稀土镨的高强变形耐热铝合金及其制备工艺的制作方法
技术领域：
：本发明属于高性能的中温结构金属材料
技术领域：
，涉及一种铝铜镁银锰锆系高强变形耐热铝合金，涉及一种稀土镨微合金化的铝铜镁银锰锆系高强变形耐热铝合金。
背景技术：
：Al-Cu-Mg系变形耐热铝合金是典型的时效硬化型铝合金，其主要合金元素有Al、Cu、Mg、Mn、Zr、Ti、V等，由于其在10020(TC的中温范围内具有较好的耐热性能和高比强度，而被用作航空航天结构及汽车发动机叶片材料。目前工业广泛应用的变形耐热铝合金是2618铝合金，其典型的成份为3wt。/oCu1.6wt%Mg~l.lwt%Fe~1.0wt%Ni~0.18wt%Si~0.05wt%Ti，余为A1，其室温抗拉强度ab为441MPa，在200'C时ab为321MPa，300°C时crb为60MPa。经文献检索发现，Polmear在Al-Cu-Mg合金中添加微量的Ag而形成的Al-Cu-Mg-Ag系合金，然后通过热挤压成棒材(美国专利No—4772342;MaterialsScienceFo腿，1996,Vols.217-222，P1759),其典型成分为6.5wt%Cu~0.48wt%Mg~0.46wt%Ag~0.3wt%Mn~0.17wt%Zr~0.07wt%Ti，余为Al，其室温抗拉强度ob为520MPa，在180°C时ab为375MPa。通过对专利及刊物报道的结果分析，发现Al-Cu-Mg-Ag系合金的高温耐热性能均超过了2618铝合金，但其室温抗拉强度提高不是很明显，而且高温强度，尤其使25(TC以上的高温强度远远不能满足实际应用要求。为此有必要进一步提高其力学性能，使合金具有较好的室温和抗拉强度。目前尚没有利用镨微合金化技术促进铝铜镁银系合金组织转变和提高其耐热性能的文献报道。
发明内容本发明的目的针对现有技术不足和缺陷，提供一种稀土镨微合金化的铝铜镁银锰锆系高强变形耐热铝合金，使其通过稀土镨微合金化，来细化合金晶粒度，细化时效析出相的尺寸，提高析出相的热稳定性，来提高合金的总体强度和高温耐热性能，使合金的性能超过传统的2618铝合金与Polmear合金。本发明的另一目的提供上述合金的制备工艺。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明铝铜镁银锰锆系合金组分及重量百分比为Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5o/o，Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05-0.40%，余量为Al。。按上述配比进行合金配料，在中频感应电阻炉中进行熔炼，并用C2Cl6进行精练，熔体静置、扒渣后，通过铁模浇铸成圆坯，铸锭在450510'C均匀化处理，然后进行机加工，切去铸锭头尾及表层，加工后的铸锭在35044(TC热挤压成棒材，然后再经过520~540'C固溶淬火后，进行15021(TC人工时效处理。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明具有实质性特点和显著效果，本发明是在现有的铝铜镁银锰锆系合金中添加微量稀土镨，不改变已形成的合金成分，而是利用微量镨的作用使铝铜镁银锰锆系合金的原始铸态组织得到细化。得到细化的铸态组织通过进一步的形变热处理，在人工时效过程中进行时效处理，以获得较好的组织，使其性能处于最佳状态，合金的性能明显超过传统的2618铝合金与Polmear合金。本发明的最佳实施例如下添加0.05%的Pr形成的铝铜镁银锰系合金，其组分及重量百分比为6.5。/。Cu，0.8。/。Mg，0.60%Ag，0.10%Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余为Al。合金采中频感应电阻炉熔炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，450'C均匀化处理后，在35(TC采用热挤压成棒材，然后在52(TC固溶淬火后，在15(TC进行人工时效处理。合金的抗拉强度cjb:室温^520MPa，20(TC^390MPa，30(TC^190MPa。添加0.10%的Pr形成的铝铜镁银锰系合金，其组分及重量百分比为6.0%Cu，0.90%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余为Al。合金采中频感应电阻炉熔炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，51(TC均匀化处理后，在38(TC采用热挤压成棒材，然后在525t:固溶淬火后，在21(TC进行人工时效处理。合金的抗拉强度cjb:室温340MPa，200。C^410MPa，300。C^220MPa。添加0.20%的Pr形成的铝铜镁银锰系合金，其组分及重量百分比为5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余为Al。合金采中频感应电阻炉烙炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，50(TC均匀化处理后，在43(TC采用热挤压成棒材，然后在535'C固溶淬火后，在185'C进行人工时效处理。合金的抗拉强度cjb:室温^580MPa，200。C^470MPa，300。C^270MPa。添加0.40%的Pr形成的铝铜镁银锰系合金，其组分及重量百分比为5.3。/。Cu，1.0%Mg，0.8%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr，其余为Al。合金采中频感应电阻炉熔炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，52(TC均匀化处理后，在41(TC采用热挤压成棒材，然后在53(TC固溶淬火后，在185'C进行人工时效处理。合金的抗拉强度ab:室温^550MPa，200°C2420MPa，300。C^240MPa。具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。结合本发明的方法提供以下实例本发明的最佳实施例是在铝铜镁银锰锆合金(Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5%,Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05~0.40%，余量为Al)配料中添加不同含量的镨，设计了五种合金，其成分不同于2618铝合金、2219铝合金及Polmear合金(如表1和2所示)。合金采用SG-12-13型中频感应电阻炉熔炼，并用C2Cl6进行精练，通过铁模浇铸成圆坯，铸锭经过均匀化处理，采用热挤压，挤压成棒材，经过固溶淬火后，进行时效处理。室温和高温抗拉强度明显高于2618铝合金与Polmear合金(表3和4所示)。具体实施例说明如下实施例1:在铝铜镁银锰合金中添加0.05%Pr，合金配料(原料为A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，450'C均匀化处理后，在35(TC采用热挤压成棒材，然后在525'C固溶淬火后，在185。C进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为4.0%Cu，1.5%Mg，1.5%Ag，0.50%Mn，0.15%Zr，0.05%Pr，其余为Al。实施例2:在铝铜镁银锰合金中添加0.05%Pr，合金配料(原料为A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，48(TC均匀化处理后，在43(TC采用热挤压成棒材，然后在52(TC固溶淬火后，在150'C进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为6.5%Cu，0.80%Mg，0.60%Ag，0.10%Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余为Al。实施例3:在铝铜镁银锰合金中添加0.10%Pr，合金配料(原料为A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、AI-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，510'C均匀化处理后，在38(TC采用热挤压成棒材，然后在525'C固溶淬火后，在21(TC进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为6.0%Cu，0"0%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余为Al。实施例4:在铝铜镁银锰合金中添加0.20%Pr，合金配料(原料为A00纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，50(TC均匀化处理后，在43(TC采用热挤压成棒材，然后在535'C固溶淬火后，在185r进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余为Al。实施例5:在铝铜镁银锰合金中添加0.20%Pr，合金配料(原料为AOO纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，49(TC均匀化处理后，在410'C采用热挤压成棒材，然后在525"固溶淬火后，在185。C进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.0%Cu，1.2%Mg，0.8%Ag，0.25%Mn，0.10%Zr，0.20%Pr，其余为Al。实施例6:在铝铜镁银锰合金中添加0.40%Pr，合金配料(原料为AOO纯铝、Al-50Cu中间合金、2号工业纯镁、99.9%的白银、Al-10Mn中间合金、Al-4.2Zr中间合金，Al-2Pr中间合金)在SG-12-13型中频感应电阻炉中熔炼，并用C2Cl6进行精练处理，经过静置、扒渣，通过铁模浇铸成圆坯，520'C均匀化处理后，在41(TC采用热挤压成棒材，然后在53(TC固溶淬火后，在185'C进行人工时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.3%Cu，1.0%Mg，1.0%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr,其余为Al。表1本发明合金的主要化学成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2对比合金的主要化学成分(重量百分比)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4对比合金的拉伸性能A全PI五测试温度，。c拉伸性能cjb，MPaS，％2618铝合金棒材2440012200234203007238Polmear合金棒材2452010.018037514.权利要求1、一种含稀土镨的高强变形耐热铝合金，含有Cu、Mg、Ag、Mn、Zr，其特征在于，还含有微量稀土镨，各组份的重量百分比为Cu4～6.5％，Mg0.5～1.5％，Ag0.4～1.5％，Mn0.1～0.5％，Zr0.05～0.25％，Pr0.05～0.40％，余量为Al。2、根据权利要求1所述的含稀土镨的高强变形耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为6.5%Cu，0.8%Mg，0.60%Ag，O.腦Mn，0.05%Zr，0.05%Pr，其余为Al。3、根据权利要求1所述的含稀土镨的高强变形耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为6.0%Cu，0.90%Mg，1.0%Ag，0.30%Mn，0.15%Zr，0.10%Pr，其余为Al。4、根据权利要求1所述的含稀土镨的高强变形耐热铝合金，其特征是各组份的重量百分比为5.4%Cu，1.0%Mg，0.95%Ag，0.45%Mn，0.25%Zr，0.20%Pr，其余为Al。5、根据权利要求1所述的镨微合金化的铝铜镁银锰系高强变形耐热铝合金，其特征是，各组份的重量百分比为5.3%Cu，1.0%Mg，0.8%Ag，0.50%Mn，0.20%Zr，0.40%Pr，其余为Al。6、制备权利要求1所述的一种含稀土镨的高强变形耐热铝合金的工艺，其特征在于，按Cu:4~6.5%，Mg:0.5~1.5%，Ag:0.4~1.5%，Mn:0.1~0.5%，Zr:0.05~0.25%，Pr:0.05~0.40%，余量为A1的合金配料，再通过中频感应电阻炉熔炼浇铸成圆锭，铸锭然后经过450510。C均匀化处理，采用350440'C热挤压的方式挤压成棒材，棒材再经过520540'C固溶淬火后，在15021(TC人工时效下进行时效处理。全文摘要本发明涉及一种含稀土镨的高强变形耐热铝合金及其制备工艺。用于高性能的中温结构材料领域。本发明具体组份及其重量百分比为Cu4～6.5％，Mg0.5～1.5％，Ag0.4～1.5％，Mn0.1～0.5％，Zr0.05～0.25％，Pr0.05～0.40％，余量为Al。本发明是在现有的铝铜镁银锰锆系合金中添加微量稀土镨，不改变已形成的合金成分，而是利用微量镨的作用使铝铜镁银锰锆系合金的原始铸态组织得到细化。得到细化的铸态组织通过进一步的形变热处理，在人工时效过程中进行时效处理，以获得较好的组织，使其性能处于最佳状态。文档编号C22C21/12GK101177750SQ20071019254公开日2008年5月14日申请日期2007年12月7日优先权日2007年12月7日发明者旼宋,肖代红申请人:中南大学