專利名稱：一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁銅合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方 法。
背景技術(shù)：
所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時，因其自由膨脹、收縮受到了約束而產(chǎn)生循 環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變，最終導(dǎo)致龜裂而破壞的現(xiàn)象。熱疲勞裂紋的擴(kuò)展與熱疲勞裂紋的萌生 一樣，反映了材料抵抗熱疲勞破壞的能力。有些材料盡管裂紋萌生壽命較長，但因其裂紋擴(kuò) 展速率快，材料也會很快失效；而有些材料盡管裂紋較早萌生，但由于裂紋擴(kuò)展緩慢，甚至 停止擴(kuò)展，其實際使用壽命也較長。材料在實際使用過程中，其使用壽命更大程度取決于熱 疲勞裂紋的擴(kuò)展壽命，因此對熱疲勞裂紋擴(kuò)展的研究具有實際意義。對于鑄造鋁合金而言，Mn是主要合金化元素之一，其加入量的變化對合金的機(jī)械 性能有著顯著的影響。通常，在Al-Cu-Mn合金系列中，在改善機(jī)械性能方面，Mn的成份范 圍為0. 1 1%，什么樣的加入量可以即提高合金機(jī)械性能，又提高熱疲勞性能的效果呢？ 這方面國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)的研究。針對這一問題，本發(fā)明開發(fā)了一種加入錳提高鋁銅合金 熱疲勞性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法。其特征在于 選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5%，MnO. 1-0.6%，其余為Al。合金在坩堝電阻 爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱至 熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為 40 X 10 X 5mm,是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前， 用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結(jié)果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)。從圖2可以看出，加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的試樣在冷熱循環(huán)3000次時，微裂紋已 經(jīng)開始萌生，加入MnO. 4%的試樣在循環(huán)3000次時沒有出現(xiàn)明顯的裂紋。相比較而言加 MnO. 的試樣裂紋擴(kuò)展速率最快，加入MnO. 6%次之，加入MnO. 4%的試樣最慢。由表1更 能反映出這一結(jié)論。從圖3可以看出，當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次時，各試樣的裂紋形貌發(fā)生了較 大變化，加入量不同的影響也就明顯的表現(xiàn)了出來。裂紋變的更為粗大，而且基本上都已 經(jīng)形成了一到兩條主裂紋，在主裂紋上也不規(guī)則的分布著數(shù)條微裂紋，且裂紋的縫隙內(nèi)出 現(xiàn)了氧化跡象。而裂紋擴(kuò)展速率也逐漸在加快，比較每種組織的裂紋，發(fā)現(xiàn)加入MnO. 1%,
3MnO. 6%的最長且最粗，加入MnO. 4%的最短且最細(xì)。由表1更能反映出這一結(jié)論。上述鋁銅錳合金中，錳的加入量可優(yōu)選為Mn0.4%。


圖1熱疲勞試樣示意2熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)3000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%圖3熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)5000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%
具體實施例方式實施例1選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5%，MnO. 1%，其余為Al。合金在坩堝電 阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱 至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為 40 X 10 X 5mm,是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前， 用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結(jié)果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Mn 0. 1 %的熱疲勞裂紋長且粗，由表1可見，加入Mn 0. 1% 時，冷熱循環(huán)5000次時合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到24. 89mm。實施例2選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5%，Mn0.4%，其余為Al。合金在坩堝電 阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱 至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為 40 X 10 X 5mm,是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前， 用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結(jié)果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Mn 0. 4%的熱疲勞裂紋短而細(xì)，由表1可見，加入MnO. 4% 時，冷熱循環(huán)5000次時合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到18. 55mm。實施例3選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5%，Mn0.6%，其余為Al。合金在坩堝電 阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱 至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40 X 10 X 5mm,是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前， 用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結(jié)果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Mn 0. 6%的熱疲勞裂紋長且粗，由表1可見，加入Mn 0.6% 時，冷熱循環(huán)5000次時合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到24. 68mm。表3-1熱疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)(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
權(quán)利要求
一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法，其特征在于選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5％，Mn0.1 0.6％，其余為Al；合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣；熱疲勞試樣規(guī)格為40×10×5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm；試驗前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結(jié)果的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法，采用電阻爐加 熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具的四個側(cè)面，保證每塊 試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的 自動化完成；采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C至加熱300°C之間進(jìn) 行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)；當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次時，比較每種組織的 裂紋，發(fā)現(xiàn)加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的最長且最粗，加入MnO. 4%的最短且最細(xì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法，錳的加入量可 優(yōu)選為0.4%。
全文摘要
一種加入錳提高鋁銅合金熱疲勞性能的方法，屬于鋁銅合金技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu4.5％，Mn0.1-0.6％，其余為Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定。熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40×10×5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗，設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25℃至加熱300℃之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進(jìn)行自動計數(shù)。
文檔編號G01N3/32GK101967587SQ20101050893
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者司乃潮, 司松海 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司