一种高铸造性能铍铝合金及其制备方法与流程

本发明属于合金材料，尤其涉及一种高铸造性能铍铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、铍铝合金作为一种铝基金属复合材料，结合了铍的高弹性模量、低密度与铝的易加工性和高韧性等许多优良特性，具有质量轻、比强度高、比刚度高、热稳定性好、高韧性、高模量、抗腐蚀性好等特点，是一种重要的新型结构材料，已广泛应用在航空航天以及其他民用领域。目前铍铝合金制备工艺主要是熔模精密铸造、粉末冶金法、压力加工方法。比较而言，熔模精密铸造制备铍铝合金结构件具有工艺过程简单、成本低、材料利用率高等特点，是世界上铍铝合金工业化应用的主要制备方法之一。

2、由于纯金属铍、铝之间相互固溶度低，熔点差异大，采用常规铸造方法时合金凝固过程存在较宽的亚稳态混溶间隙与凝固区间，这些都导致铍与铝在凝固过程中发生完全相分离，铍铝合金实质上为纯铍与纯铝两相互独立存在的复合材料，两者形成相互穿透的三维网状结构，其中铍相往往表现为发达的柱状树枝晶，铝相则填充铍晶粒枝晶臂间的空隙部位。两种金属凝固收缩率的差异和凝固不同步，铸造过程金属流动性差，导致合金中容易出现缩松、缩孔、缩裂等铸造缺陷。此外，粗大的铍枝晶结构往往导致合金力学性能的各向异性，在熔体冷却速度较慢时两种金属的密度差异将导致合金出现宏观偏析。通过添加合金元素作为变质剂可有效改善铸造铍铝合金组织与力学性能，但熔体冷却速度不够大时又极易出现合金元素在铍枝晶间隙内的微观偏析。以上各种铍铝合金的铸造缺陷会显著降低合金弹性模量、抗拉强度和延伸率等宏观力学性能，极大限制了铸造铍铝合金的工程应用。

技术实现思路

1、本发明的目的之一，在于提供一种高铸造性能铍铝合金的制备方法，该制备方法制备的铍铝合金组织均匀致密，流动性好，铸造性能高，易于铸造成型，铸造缺陷较少。

2、本发明的目的之二，在于提供一种高铸造性能铍铝合金。

3、为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

4、一种高铸造性能铍铝合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

5、步骤s1、将be锭、al锭、ag锭、co片、si和la金属按照如下各个组分及其重量百分数进行备料；

6、be，40～70％；al，20～50％；ag，1～4.0％；co，0.5～2％；si，0.5～2％；la，0.1～1％，其余为不可避免的杂质；

7、所述be锭的纯度为99％以上，al锭和ag锭的纯度为99.5％以上，co片、si和la金属的纯度为99.9％以上；

8、步骤s2、将ag锭、co片和la金属放置在坩埚底部后依次放入al锭和铍锭，进行精炼，得到熔体；

9、步骤s3、将所述熔体搅拌均匀后阶梯式降温至浇铸温度，然后浇铸到预制好的陶瓷模壳中，于炉内静置3～5分钟，炉外冷却。

10、进一步的，在所述步骤s2中，所述精炼的过程包括：

11、先采用机械泵抽真空至4.2×102～5×102pa，后采用罗茨泵，抽真空2pa～8pa，分段升温至1360～1390℃，保温20～30分钟。

12、进一步的，所述精炼的温度为1370～1380℃，保温23～27分钟。

13、进一步的，所述分段包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段和第二阶段的升温速度分别为15～20kw/h和30～60kw/h，先按照15～20kw/h的升温速度升温，直至物料全部融化；再按照30～60kw/h的升温速度，升温至精炼温度，确保陶瓷坩埚平稳升温，不开裂。

14、进一步的，所述第一阶段的升温速度为16～18kw/h；

15、所述第二阶段的升温速度为40～50kw/h。

16、进一步的，当升温至精炼的温度时，关闭罗茨泵，防止物料飞溅。

17、进一步的，在所述步骤s3中，所述阶梯式降温的具体过程包括：

18、先按照20～25kw/h的速度降温10～30分钟；再按照30～40kw/h的速度降温至1150～1170℃，进行浇铸。

19、进一步的，所述炉外冷却的过程为：采用轴流风机吹风，并在所述轴流风机的吹风口加干冰或者冰块。

20、进一步的，所述坩埚为氧化铝陶瓷坩埚。

21、本发明中的测温采用手持式或者固定位置的双比色红外测温仪，以确保测温的准确性，降温采用阶梯式降温，降温至10kw。

22、为了确保金属熔液的温度均匀性，本发明的降温过程不断翻转坩埚。

23、为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：

24、一种高铸造性能铍铝合金，所述高铸造性能铍铝合金包括如下组分及其重量百分数：

25、be，40～70％；al，20～50％；ag，1～4.0％；co，0.5～2％；si，0.5～2％；；la，0.1～1％，其余为不可避免的杂质。

26、综上，本发明的技术方案具备如下技术效果：

27、本发明通过在铍铝合金中添加合金元素银、钴、硅、镧，提高了铍铝合金熔液的流动性、充型能力和抗氧化性，通过镧稀土元素的添加，细化了铍铝合金的晶粒，提高铍铝合金的强度；本发明通过熔体的搅拌，确保了合金元素均匀分布，减少枝晶间微观偏析，合金性能均匀一致；本发明工艺为熔模铸造工艺，金属液直接浇铸到陶瓷模壳内，形成铸件，所生产的铸件内部质量良好，尺寸精确；本发明针对合金成分进行优化和生产工艺优化，具有短流程、低成本、无钢模的优势，工艺流程简单，生产效率高，生产成本低；本发明的合金组织均匀致密，铍铝合金流动性好，具有较好的铸造性能，易于铸造成型，生产的铍铝合金铸造缺陷较少，内部质量好，力学性能显著提高。

技术特征：

1.一种高铸造性能铍铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述精炼的过程包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼的温度为1370～1380℃，保温23～27分钟。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述分段包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段和第二阶段的升温速度分别为15～20kw/h和30～60kw/h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段的升温速度为16～18kw/h；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当升温至精炼的温度时，关闭罗茨泵。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述阶梯式降温的具体过程包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述炉外冷却的过程为：采用轴流风机吹风，并在所述轴流风机的吹风口加干冰或者冰块。

9.根据权利要求1～6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述坩埚为氧化铝陶瓷坩埚。

10.一种高铸造性能铍铝合金，其特征在于，所述高铸造性能铍铝合金包括如下组分及其重量百分数：

技术总结
本发明给出了一种高铸造性能铍铝合金及其制备方法，属于合金材料技术领域，该制备方法包括：将Be锭、Al锭、Ag锭、Co片、Si和La金属按照如下各个组分及其重量百分数进行备料；将Ag锭、Co片、Si和La金属放置在坩埚底部后依次放入Al锭和铍锭，进行精炼，得到熔体；将熔体搅拌均匀后阶梯式降温至浇铸温度，然后浇铸到预制好的陶瓷模壳中，于炉内静置3～5分钟，炉外冷却。本发明的铍铝合金组织均匀致密，铍铝合金流动性好，铸造性能高，易于铸造成型，铸造缺陷较少。

技术研发人员：刘兆刚,李军义,汪凯,王东新,谢垚,杨一群,李正飞,方熙成,瞿康发,征卫星,张新辉,马肖,刘宁
受保护的技术使用者：西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21