一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法

文档序号:5879430阅读:461来源:国知局
专利名称:一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法
技术领域
本发明属于铝铜合金技术领域,特指一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方 法。
背景技术
所谓热疲劳,是指材料经受温度变化时,因其自由膨胀、收缩受到了约束而产生循 环应力或循环应变,最终导致龟裂而破坏的现象。热疲劳裂纹的扩展与热疲劳裂纹的萌生 一样,反映了材料抵抗热疲劳破坏的能力。有些材料尽管裂纹萌生寿命较长,但因其裂纹扩 展速率快,材料也会很快失效;而有些材料尽管裂纹较早萌生,但由于裂纹扩展缓慢,甚至 停止扩展,其实际使用寿命也较长。材料在实际使用过程中,其使用寿命更大程度取决于热 疲劳裂纹的扩展寿命,因此对热疲劳裂纹扩展的研究具有实际意义。对于铸造铝合金而言,Mn是主要合金化元素之一,其加入量的变化对合金的机械 性能有着显著的影响。通常,在Al-Cu-Mn合金系列中,在改善机械性能方面,Mn的成份范 围为0. 1 1%,什么样的加入量可以即提高合金机械性能,又提高热疲劳性能的效果呢? 这方面国内外还没有系统的研究。针对这一问题,本发明开发了一种加入锰提高铝铜合金 热疲劳性能的方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法。其特征在于 选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,MnO. 1-0.6%,其余为Al。合金在坩埚电阻 炉中熔炼,炉温采用热电偶测定,熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热至 熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm,试样形状及尺寸如图1所示。试验前, 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光,以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面,保证每块试样的加热与冷却位置一致,通过传动装置上下垂直运动,从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环,采用计数器进行自动计数。从图2可以看出,加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的试样在冷热循环3000次时,微裂纹已 经开始萌生,加入MnO. 4%的试样在循环3000次时没有出现明显的裂纹。相比较而言加 MnO. 的试样裂纹扩展速率最快,加入MnO. 6%次之,加入MnO. 4%的试样最慢。由表1更 能反映出这一结论。从图3可以看出,当冷热循环次数达到5000次时,各试样的裂纹形貌发生了较 大变化,加入量不同的影响也就明显的表现了出来。裂纹变的更为粗大,而且基本上都已 经形成了一到两条主裂纹,在主裂纹上也不规则的分布着数条微裂纹,且裂纹的缝隙内出 现了氧化迹象。而裂纹扩展速率也逐渐在加快,比较每种组织的裂纹,发现加入MnO. 1%,
3MnO. 6%的最长且最粗,加入MnO. 4%的最短且最细。由表1更能反映出这一结论。上述铝铜锰合金中,锰的加入量可优选为Mn0.4%。


图1热疲劳试样示意2热疲劳裂纹形貌(冷热循环3000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%图3热疲劳裂纹形貌(冷热循环5000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%
具体实施例方式实施例1选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,MnO. 1%,其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼,炉温采用热电偶测定,熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热 至熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm,试样形状及尺寸如图1所示。试验前, 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光,以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面,保证每块试样的加热与冷却位置一致,通过传动装置上下垂直运动,从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环,采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见,加入Mn 0. 1 %的热疲劳裂纹长且粗,由表1可见,加入Mn 0. 1% 时,冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到24. 89mm。实施例2选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,Mn0.4%,其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼,炉温采用热电偶测定,熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热 至熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm,试样形状及尺寸如图1所示。试验前, 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光,以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面,保证每块试样的加热与冷却位置一致,通过传动装置上下垂直运动,从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环,采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见,加入Mn 0. 4%的热疲劳裂纹短而细,由表1可见,加入MnO. 4% 时,冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到18. 55mm。实施例3选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,Mn0.6%,其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼,炉温采用热电偶测定,熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热 至熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm,试样形状及尺寸如图1所示。试验前, 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光,以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面,保证每块试样的加热与冷却位置一致,通过传动装置上下垂直运动,从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环,采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见,加入Mn 0. 6%的热疲劳裂纹长且粗,由表1可见,加入Mn 0.6% 时,冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到24. 68mm。表3-1热疲劳裂纹扩展数据(mm)
加Mn量10002000250030003500400045005000次次次次次次次次0.1%01.051.914.027.9512.4517.2524.890.2%00.551.163.655.889.3616.4622.460.3%000.762.183.127.9813.1420.410.4%000.451.872.745.9211.8518.550.5%000.982.563.568.8413.9721.840.6%00.761.553.986.6411.2518.5624.68
权利要求
一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法,其特征在于选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,Mn0.1 0.6%,其余为Al;合金在坩埚电阻炉中熔炼,炉温采用热电偶测定,熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热至熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样;热疲劳试样规格为40×10×5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm;试验前,用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光,以消除试样表面因素对试验结果的影响。
2.根据权利要求1所述的一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法,采用电阻炉加 热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,板状试样装卡在立方卡具的四个侧面,保证每块 试样的加热与冷却位置一致,通过传动装置上下垂直运动,从而达到试样加热以及冷却的 自动化完成;采用设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25°C至加热300°C之间进 行冷热循环,采用计数器进行自动计数;当冷热循环次数达到5000次时,比较每种组织的 裂纹,发现加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的最长且最粗,加入MnO. 4%的最短且最细。
3.根据权利要求2所述的一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法,锰的加入量可 优选为0.4%。
全文摘要
一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法,属于铝铜合金技术领域,其特征在于选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%,Mn0.1-0.6%,其余为Al。合金在坩埚电阻炉中熔炼,炉温采用热电偶测定。熔炼时,在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金,加热至熔化,除气精炼,约5分钟后扒渣,然后浇注,空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为40×10×5mm,是有预制裂纹的缺口试样,缺口长3mm。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验,设时自控,热电偶测量并控制温度,试样在水温25℃至加热300℃之间进行冷热循环,采用计数器进行自动计数。
文档编号G01N3/32GK101967587SQ20101050893
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者司乃潮, 司松海 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司
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