一种免热处理的耐热铸造铝合金及其制备方法与流程

本发明属于金属材料领域，涉及一种可不热处理的耐热铸造铝合金及制备方法。

背景技术：

铝合金是一类轻质、高性能金属材料，已广泛应用于航空、航天、兵器、电子、船舶、高铁、民用等领域。目前，汽车发动机、航空发动机冷端用等部件通常服役温度均高于200℃，目前多采用压铸铝合金，压铸合金内部组织不致密，存在较多的针孔，影响铸件使用寿命。由于零部件轻量化需求越来越明显，常规压铸铝合金强度、延伸率以及使用寿命已开始满足不了零部件需求，开发一种低成本、免热处理的高强、耐热型铸造铝合金十分必要。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种免热处理的耐热型铸造铝合金及其制备方法，具体技术方案如下：

一种免热处理的耐热铸造铝合金，其特征在于，所述免热处理的铸造铝合金包括以下质量百分比的合金成分：cu：7.5～10.5％，mn：0.5～0.8％，ti：0.25～0.45％，ca：1.5～3.0％，杂质小于或等于0.1％，余量为铝。

进一步：

所述cu的质量百分比为：8.0～9.5％。

所述mn的质量百分比为：0.6～0.7％。

所述ti的质量百分比为：0.3～0.4％。

所述ca的质量百分比为：1.7～2.8％。

所述cu∶ca的质量百分比比例不低于3.85。

一种前述免热处理的耐热铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，按质量百分比将铝、cu、ti、mn组分添加到熔炉中，加热至750～780℃，保温4～5h，待合金组分全部熔化成铝合金熔液后，搅拌10-15min；

第二步，将铝合金熔液温度控制在680℃～700℃，将按质量百分比配好的金属ca加入，搅拌3～5min；

第三步，加入合金熔体总质量0.5～0.7％的精炼剂，搅拌10～15min，然后静置20～30min，进行浇注。

进一步：

在第一步中，所述铝采用纯铝的形式，所述cu、ti、mn以中间合金的形式添加，所述中间合金分别为alcu50、alti4、almn10中间合金，其中，所述中间合金中的元素含量要求满足gb/t27677-2011要求。

本申请具有以下有益的技术效果：

1.本申请在铝铜合金基础上，引入了一定量的ca元素，可生成高温、稳定的网状析出强化相al-cu-ca相；

2.本申请可达到以下技术指标：铸态抗拉强度为320mpa～340mpa，延伸率为3～5％，在250℃保温500h强度不衰退。

附图说明

图1为本发明合金中均匀分布的共晶、网状al-cu-ca相；

图2为本发明合金在250℃下保温的抗拉强度变化情况；

图3为cu/ca比为3.6的al-cu-ca合金微观组织。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本申请的技术方案做进一步详细介绍。

本发明公开了一种免热处理的耐热铸造铝合金，所述免热处理的耐热铸造铝合金包括以下质量百分比的合金成分：cu：7.5～10.5％，mn：0.5～0.8％，ti：0.25～0.45％，ca：1.5～3.0％，杂质小于或等于0.1％，余量为铝。

对于纯铝而言，少量ca元素的添加，会与al结合生成短棒状或块状的al4ca相，有利于提高其切削加工性能。对于al-cu合金，大量ca元素的引入会彻底改变传统al-cu合金的微观组织。传统铸态al-cu合金存在一定量的初生al2cu相，而本发明中铝合金的铸态微观组织为共晶、网状的al-cu-ca相，如图1所示，这些析出相均匀分布于晶界，且自身为硬质析出相，可以有效阻碍晶界移动，提高合金强度；同时，这些共晶al-cu-ca析出相经高温固溶(538℃)后不变化、不回溶，具有很好的热稳定性能。

在下列实施例中，根据国标gb/t6987-2001对铝合金成分进行测定，根据gb/t228-2010对合金的抗拉强度和延伸率进行测定。

实施例1

本实施例公开的的一种免热处理耐热铸造铝合金，其各组分质量百分比如下：cu：8.1％，mn：0.62％，ti：0.32％，ca：2.3％，杂质等于0.06％，余量为铝。

实施例1所述的免热处理耐热型铸造铝合金，其制备方法如下：

步骤1：按照质量配比，在熔炉中加入铝、cu、ti、mn进行熔炼，其中铝采用纯铝的形式，所述cu、ti、mn以中间合金的形式添加，所述中间合金分别为alcu50、alti50、almn10中间合金，将炉温升至780℃，保温4h，待组分合金完全熔化铝合金熔液后，搅拌12min.

步骤2：将炉温降至680℃，加入按质量配比的金属ca，搅拌3min；

步骤3：加入占铝熔体总质量0.6％的精炼剂，搅拌10～15min，静置20～30min，进行浇注。

铸态铝合金抗拉强度为320mpa，延伸率为4.1％，250℃分别保温100h和500h后抗拉强度为330mpa和328mpa，保温过程中强度基本保持不变。

如附图2所示为本申请公开的免热处理耐热铸造铝合金在250℃下保温的抗拉强度变化情况，可以看出本申请中的铸态铝合金在铸态和热处理态的拉伸强度基本不变化，仅维持在325mpa上下波动(上下波动的原因与材料微观组织的不均匀有一定关系，如微观组织各处的析出相体积分数或晶粒尺寸大小均会存在一定的差异，属于正常现象)，这说明，本申请中的合金在250℃保温过程中强度不衰减，具有较好的耐热性能。

实施例2

本实施例公开的一种免热处理耐热铸造铝合金，其各组分质量百分比如下：cu：9.2％，mn：0.63％，ti：0.31％，ca：2.8％，杂质等于0.05％，余量为铝。

实施例2所公开的免热处理耐热型铸造铝合金，其制备方法如下：

步骤1：按照质量配比，在熔炉中加入铝、cu、ti、mn进行熔炼，其中铝采用纯铝的形式，所述cu、ti、mn以中间合金的形式添加，所述中间合金分别为al-50cu、al-4ti、al-10mn中间合金，将炉温升至760℃，保温4.5h，待合金组分完全熔化成铝合金熔液后，搅拌15min。

步骤2：将炉温降至700℃，加入按质量配比的金属ca，搅拌4min；

步骤3：加入熔体质量0.6％的精炼剂，搅拌10～15min，：静置20～30min，进行浇注。

铸态铝合金抗拉强度为339mpa，延伸率为3.9％，250℃分别保温100h和500h后抗拉强度为338mpa和331mpa，保温过程中强度基本保持不变。

需要说明的是，当cu/ca质量百分比比例小于3.85时，基本中生成的共晶al-cu-ca相开始粗化、开裂，这对合金的综合力学性能有不良影响。实验结果表明，当cu为9％，ca为2.5％时，基本中共晶al-cu-ca相开始明显粗化，共晶相中出现裂纹(共晶al-cu-ca为脆性相)，如附图3所示。此时，铸态合金抗拉强度为296mpa，延伸率降至1.8％。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。