一種加入Mn提高AlCu合金熱疲勞性能的方法
【專利摘要】一種加入Mn提高AlCu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(cè)定。熔煉時(shí)，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40×20×5mm，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(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
【專利說明】一種加入Mn提高AICu合金熱疲勞性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁銅合金【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種加入Mn提高AlCu合金熱疲勞性能的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時(shí)，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(huì)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(shí)際使用壽命也較長。材料在實(shí)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(duì)熱疲勞裂紋擴(kuò)展的研究具有實(shí)際意義。
[0003] 對(duì)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(duì)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(duì)這一問題，本發(fā)明開發(fā)了一種加入Mn提高AlCu合 金熱疲勞性能的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種加入Mn提高AlCu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(cè)定，熔煉時(shí)，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 20 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(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0005] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0006] 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(shí)，微裂紋已經(jīng) 開始萌生，加入MnO. 4%的試樣在循環(huán)3000次時(shí)沒有出現(xiàn)明顯的裂紋。相比較而言加 MnO. 1% 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。
[0007] 從圖3可以看出，當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次時(shí)，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%、Μη0. 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。
[0008] 上述鋁銅錳合金中，錳的加入量可優(yōu)選為：MnO. 4%。
[0009]

【專利附圖】

【附圖說明】 圖1熱疲勞試樣示意圖； 圖2熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)3000次） a MnO. 1% , bMnO. 4%, c MnO. 6% ； 圖3熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)5000次） a MnO. 1% , bMnO. 4%, c MnO. 6%。

【具體實(shí)施方式】 [0010] 實(shí)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(cè)定，熔煉時(shí)，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 40X20X5mm，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(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0011] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0012] 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(shí)，冷熱循環(huán)5000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到24. 89mm。
[0013] 實(shí)施例2 選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，其余為Al。合金在坩堝電阻爐 中熔煉，爐溫采用熱電偶測(cè)定，熔煉時(shí)，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 20 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(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0014] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0015] 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(shí)，冷熱循環(huán)5000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到18. 55 mm。
[0016] 實(shí)施例3 選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 6%，其余為Al。合金在坩堝電阻爐 中熔煉，爐溫采用熱電偶測(cè)定，熔煉時(shí)，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 40X20X5mm，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(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0017] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0018] 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(shí)，冷熱循環(huán)5000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到24. 68 mm。
[0019] 表1熱疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)（mm)

【權(quán)利要求】
1. 一種加入Mn提高AlCu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A1 ;合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶 測(cè)定，熔煉時(shí)，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 20 X 5mm，是有預(yù)制裂紋 的缺口試樣,缺口長3mm ;試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加入Mn提高AlCu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(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每 塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻 的自動(dòng)化完成；采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)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(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)；當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次時(shí)，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Mn提高AlCu合金熱疲勞性能的方法，Mn的加入量 可優(yōu)選為〇. 4%。
【文檔編號(hào)】G01N3/60GK104372187SQ201310358420
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】張志敏, 白高鵬, 劉光磊, 陸松華, 張扣山 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司