專利名稱：一種高強(qiáng)耐熱鋁合金及其管材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，特別是涉及一種低擠壓比的高強(qiáng)耐熱鋁銅鎂銀合金及其管材的制備方法，背景技術(shù)鋁銅鎂系耐熱鋁合金是典型的時(shí)效硬化型鋁合金，其主要合金元素有Al、Cu、Mg、Mn、Zr等，由于其較好的耐熱性能和高比強(qiáng)度，而被用作航空航天結(jié)構(gòu)材料。目前工業(yè)廣泛應(yīng)用的耐熱鋁合金是含Cu和Mg的2618鋁和2219鋁合金。2618鋁合金典型的成份為2.3wt％Cu～1.6wt％Mg～1.1wt％Fe～1.0wt％Ni～0.18wt％Si～0.05wt％Ti，余為Al，其室溫抗拉強(qiáng)度σb為441MPa，在200℃時(shí)σb為321MPa。另一典型種耐熱鋁合金是2219鋁合金，其典型成份為6.3wt％Cu～0.3wt％Mn～0.18wt％Zr～0.10wt％V～0.06wt％Ti，余為Al，其室溫抗拉強(qiáng)度σb為400MPa，在200℃時(shí)σb為234MPa。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，然后通過(guò)熱擠壓成棒材(美國(guó)專利No-4772342；Materials Science Forum.，1996，Vols.217-222，P1759)，其典型成分為6.5wt％Cu～0.48wt％Mg～0.46wt％Ag～0.3wt％Mn～0.17wt％Zr～0.07wt％Ti，余為Al，其室溫抗拉強(qiáng)度σb為520MPa，在180℃時(shí)σb為375MPa。Cantrell等采用熱軋的方法(Materials Science Forum.，1996，Vols.217-222，P1777)，把合金(化學(xué)成份為5wt％Cu～0.5 wt％Mg～0.45 wt％Mn～0.45wt％Ag～0.14 wt％V～0.12 wt％Zr，余為Al)軋制成2.25mm的板材，其室溫抗拉強(qiáng)度σb為480MPa。
目前尚沒(méi)有利用反向熱擠壓的方法制備Al-Cu-Mg-Ag系合金管材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種具有高的耐熱性能，高溫抗拉強(qiáng)度的高強(qiáng)耐熱鋁合金。
本發(fā)明的另一目的旨在提供一種可節(jié)約設(shè)備，減少?gòu)U料，提高成品率，工藝操作簡(jiǎn)單，可提高合金的耐熱性能，滿足特殊環(huán)境下對(duì)高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的需要的，高強(qiáng)耐熱鋁合金的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明合金主要成分及重量百分比為Cu 5～6.5，Mg 0.6～1.0，Ag 0.5～0.7，Mn 0.4～0.6，Zr 0.05～0.25，Ti 0.1～0.2，余為Al。
本發(fā)明的制造方法采用鋁銅鎂銀系合金，其主要成分及重量百分比為Cu 5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag 0.5～0.7，Mn 0.4～0.6，Zr 0.05～0.25，Ti 0.1～0.2，余為Al，先通過(guò)真空熔煉氬氣保護(hù)澆鑄的方法制備成小尺寸鑄錠合金，然后通過(guò)火焰焦碳爐熔煉及銅模鑄造的方式，制備成大尺寸的鑄錠合金。合金經(jīng)過(guò)均勻化處理，機(jī)加工成棒材，采用擠壓比3～10，通過(guò)反向熱擠壓的方式，管材再經(jīng)過(guò)固溶淬火后，在人工時(shí)效下進(jìn)行時(shí)效處理。
所述的反向熱擠壓是指合金管材的流出方向與擠壓機(jī)的模軸的運(yùn)動(dòng)方向相反。
熱擠壓成外徑為φ185～215mm、壁厚為21～25mm的大口徑管材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的合金室溫抗拉強(qiáng)度超過(guò)510MPa，延伸率超過(guò)7.0％，200℃時(shí)抗拉強(qiáng)度超過(guò)400MPa，優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的2618棒材耐熱鋁合金。
本發(fā)明的工藝采用低擠壓比，通過(guò)反向熱擠壓，所制備的管材表面光潔度較好，沒(méi)有裂紋、縮孔等缺陷，同時(shí)也沒(méi)發(fā)生開(kāi)裂等現(xiàn)象，因此，減少了廢料，提高了成品率；另外，因?yàn)椴捎玫蛿D壓比進(jìn)行反向熱擠壓，可節(jié)約設(shè)備動(dòng)力。同時(shí)通過(guò)固溶時(shí)效熱處理，來(lái)提高合金的耐熱性能，滿足特殊環(huán)境下對(duì)高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的需要。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例如下合金含量為6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.12％Ti，余為Al，合金的抗拉強(qiáng)度σb為室溫為512MPa，200℃為420MPa，延伸率為7.5％。
合金含量為5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，余為Al，合金的抗拉強(qiáng)度σb為室溫為523MPa，200℃為431MPa，延伸率為8.5％。
合金含量為6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，余為Al，合金的抗拉強(qiáng)度σb為室溫為540MPa，200℃為435MPa，延伸率為8.2％。
本發(fā)明采用低擠壓比的反向熱擠壓工藝，通過(guò)擠壓變形后，再采用固溶及人工時(shí)效處理，使管材合金的性能處于最佳狀態(tài)。


圖1為大型鑄件澆注系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明的方法提供以下實(shí)例本發(fā)明的主要成分及其重量百分比為Cu 5～6.5，Mg 0.6～1.0，Ag 0.5～0.7，Mn 0.4～0.6，Zr 0.05～0.25，Ti 0.1～0.2，余為Al，通過(guò)鑄錠冶金及低擠壓比的反向熱擠壓形成管材，設(shè)計(jì)了三種不同擠壓比的合金，其成分不同于2618鋁合金及Polmear合金(如表1與2所示)，合金配料先通過(guò)真空熔煉氬氣保護(hù)澆鑄的方法制備成小尺寸鑄錠合金，然后通過(guò)火焰焦碳爐熔煉及銅模鑄造的方式，制備成大尺寸的鑄錠合金。合金經(jīng)過(guò)均勻化處理，機(jī)加工成棒材，采用低擠壓比以反向熱擠壓的方式，擠壓成大口徑管材，管材再經(jīng)過(guò)固溶淬火后，在人工時(shí)效下進(jìn)行時(shí)效處理。其室溫和高溫抗拉強(qiáng)度明顯高于2618鋁合金及Polmear合金(如表3所示)。具體實(shí)施例如下實(shí)施例1合金配料(原料為A00純鋁、電解銅、2號(hào)工業(yè)純鎂、99.9％的白銀、電解錳、Cu-50Zr中間合金、Al-2.5Ti中間合金)先在ZGG-0.025A真空熔煉爐中熔煉，然后采用氬氣保護(hù)澆鑄的方法制各成φ80.5mm的小尺寸鑄錠合金。鑄錠合金經(jīng)過(guò)機(jī)加工去掉頭尾，再把一定數(shù)目的小尺寸鑄錠合金在火焰焦碳爐中熔煉，覆蓋劑采用配置的鈉鹽2#熔劑(成分為39％NaCl+50％KCl+6.6％Na3AlF6+4.4％CaF6)，除氣劑為C2Cl6，經(jīng)過(guò)靜置、扒渣，在埋于濕沙中的銅模中，通過(guò)反向澆鑄的形式(圖1)澆注成大尺寸的圓柱錠，合金錠在500℃均勻化處理12h后，表面進(jìn)行機(jī)加工。加工后的鑄錠于400℃保溫5h，在45兆牛雙動(dòng)反向擠壓機(jī)上采用擠壓比3，通過(guò)反向熱擠壓的方式，即合金管材的流出方向與擠壓機(jī)模軸的運(yùn)動(dòng)方向相反。擠壓成外徑φ185、壁厚為25mm的大口徑管材，管材再經(jīng)過(guò)525℃固溶處理5h后水淬，在185℃進(jìn)行時(shí)效處理處理8h。合金的主要成分及其重量百分比為6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.15％Ti，其余為Al。
實(shí)施例2合金配料(原料為AOO純鋁、電解銅、2號(hào)工業(yè)純鎂、99.9％的白銀、電解錳、Cu-50Zr中間合金、Al-2.5Ti中間合金)先在ZGG-0.025A真空熔煉爐中熔煉，然后采用氬氣保護(hù)澆鑄的方法制備成φ80.5mm的小尺寸鑄錠合金。鑄錠合金經(jīng)過(guò)機(jī)加工去掉頭尾，再把一定數(shù)目的小尺寸鑄錠合金在火焰焦碳爐中熔煉，覆蓋劑采用鈉鹽的2#熔劑，除氣劑為C2Cl6，經(jīng)過(guò)靜置、扒渣，在埋于濕沙中的銅模中，通過(guò)反向澆鑄的形式澆注成大尺寸的圓柱錠，合金錠在480℃均勻化處理18h后，表面進(jìn)行機(jī)加工。加工后的鑄錠于380℃保溫5h，在45兆牛雙動(dòng)反向擠壓機(jī)上采用擠壓比比6.5，通過(guò)反向熱擠壓的方式，擠壓成外徑φ190、壁厚為23mm的大口徑管材，管材再經(jīng)過(guò)515℃固溶處理8h后水淬，在170℃進(jìn)行時(shí)效處理12h。合金的主要成分及其重量百分比為5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，其余為Al。
實(shí)施例3合金配料(原料為A00純鋁、電解銅、2號(hào)工業(yè)純鎂、99.9％的白銀、電解錳、Cu-50Zr中間合金、Al-2.5Ti中間合金)先在ZGG-0.025A真空熔煉爐中熔煉，然后采用氬氣保護(hù)澆鑄的方法制備成φ80.5mm的小尺寸鑄錠合金。鑄錠合金經(jīng)過(guò)機(jī)加工去掉頭尾，再把一定數(shù)目的小尺寸鑄錠合金在火焰焦碳爐中熔煉，覆蓋劑采用鈉鹽的2#熔劑，除氣劑為C2Cl6，經(jīng)過(guò)靜置、扒渣，在埋于濕沙中的銅模中，通過(guò)反向澆鑄的形式澆注成大尺寸的圓柱錠，合金錠在490℃均勻化處理15h后，表面進(jìn)行機(jī)加工。加工后的鑄錠于410℃保溫5h，在45兆牛雙動(dòng)反向擠壓機(jī)上采用擠壓比10，通過(guò)反向熱擠壓的方式，擠壓成外徑Φ200、壁厚為21mm的大口徑管材，管材再經(jīng)過(guò)530℃固溶處理2h后水淬，在200℃進(jìn)行時(shí)效處理3h。合金的主要成分及其重量百分比為6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，其余為Al。
表1本發(fā)明合金的主要化學(xué)成分(重量百分比)

表2對(duì)比合金的主要化學(xué)成分(重量百分比)

表3本發(fā)明管材合金及對(duì)比合金棒材的拉伸性能


權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)耐熱鋁合金，其特征在于其成分及其重量百分比為Cu5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag0.5～0.7，Mn0.4～0.6，Zr0.05～0.25，Ti0.1～0.2，余為Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金，其特征在于其成分及其重量百分比為6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.12％Ti，余為Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金，其特征在于其成分及其重量百分比為5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，余為Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金，其特征在于其成分及其重量百分比為6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，余為Al。
5.一種高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的制備方法，其特征在于合金主要成分及重量百分比為Cu5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag0.5～0.7，Mn0.4～0.6，Zr0.05～0.25，Ti0.1～0.2，余為Al，先通過(guò)真空熔煉氬氣保護(hù)澆鑄的方法制備成小尺寸鑄錠合金，然后通過(guò)火焰焦碳爐熔煉及銅模鑄造的方式，制備成大尺寸的鑄錠合金。合金經(jīng)過(guò)均勻化處理，機(jī)加工成棒材，采用擠壓比3～10，通過(guò)反向熱擠壓的方式，管材再經(jīng)過(guò)固溶淬火后，在人工時(shí)效下進(jìn)行時(shí)效處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的制備方法，其特征在于所述管材外徑為Φ185～215mm、壁厚為21～25mm的管材。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的制備方法，其特征在于采用擠壓比為3，鋁合金組分為6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.12Ti，余為Al。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的制備方法，其特征在于采用擠壓比為6.5，鋁合金組分為5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)耐熱鋁合金管材的制備方法，其特征在于采用擠壓比為10，鋁合金組分為6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti。
全文摘要
一種高強(qiáng)耐熱鋁合金及其管材的制備方法，屬于高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，具體化學(xué)成分及其重量百分比為Cu 5～6.5，Mg 0.6～1.0，Ag 0.5～0.7，Mn 0.4～0.6，Zr 0.05～0.25，Ti 0.1～0.2，余為Al。該合金可采用低擠壓比(擠壓比為3～10)，通過(guò)反向熱擠壓，制備成外徑為Φ185～215mm、壁厚為21～25mm的管材。本發(fā)明合金室溫抗拉強(qiáng)度超過(guò)510MPa，延伸率超過(guò)7.0％，200℃時(shí)抗拉強(qiáng)度超過(guò)400MPa，優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的2618棒材耐熱鋁合金。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101020980SQ20071003465
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者肖代紅, 陳康華, 宋旼 申請(qǐng)人:中南大學(xué)