一种加入Mn提高AlCu合金热疲劳性能的方法
【专利摘要】一种加入Mn提高AlCu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40×20×5mm，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。
【专利说明】一种加入Mn提高AICu合金热疲劳性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝铜合金【技术领域】，特指一种加入Mn提高AlCu合金热疲劳性能的方 法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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Mn提高AlCu合 金热疲劳性能的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种加入Mn提高AlCu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 20 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。
[0005] 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。
[0006] 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. 1% 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。
[0007] 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%、Μη0. 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。
[0008] 上述铝铜锰合金中，锰的加入量可优选为：MnO. 4%。
[0009]
【专利附图】
【附图说明】 图1热疲劳试样示意图； 图2热疲劳裂纹形貌(冷热循环3000次） a MnO. 1% , bMnO. 4%, c MnO. 6% ； 图3热疲劳裂纹形貌(冷热循环5000次） a MnO. 1% , bMnO. 4%, c MnO. 6%。
【具体实施方式】 [0010] 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 40X20X5mm，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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 实施例2 选取合金化学成分为（质量分数）：Cu4. 5%，MnO. 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 20 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。
[0014] 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。
[0015] 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. 55 mm。
[0016] 实施例3 选取合金化学成分为（质量分数）：Cu4. 5%，MnO. 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 40X20X5mm，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。
[0017] 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。
[0018] 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. 68 mm。
[0019] 表1热疲劳裂纹扩展数据（mm)
【权利要求】
1. 一种加入Mn提高AlCu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A1 ;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 20 X 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Mn提高AlCu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Mn提高AlCu合金热疲劳性能的方法，Mn的加入量 可优选为〇. 4%。
【文档编号】G01N3/60GK104372187SQ201310358420
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】张志敏, 白高鹏, 刘光磊, 陆松华, 张扣山 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司