CN100469928C

CN100469928C - 一种高强耐热铝合金及其管材的制备方法

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Publication number: CN100469928C
Application number: CNB2007100346527A
Authority: CN
Inventors: 肖代红; 陈康华; 宋旼
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: CN101020980A

Abstract

一种高强耐热铝合金及其管材的制备方法，属于高性能结构材料领域，具体化学成分及其重量百分比为：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，余为Al。该合金可采用低挤压比(挤压比为3～10)，通过反向热挤压，制备成外径为Φ185～215mm、壁厚为21～25mm的管材。本发明合金室温抗拉强度超过510MPa，延伸率超过7.0%，200℃时抗拉强度超过400MPa，优于目前国内外广泛应用的2618棒材耐热铝合金。

Description

一种高强耐热铝合金及其管材的制备方法

技术领域

本发明属于高性能结构材料领域，特别是涉及一种低挤压比的高强耐热铝铜镁银合金及其管材的制备方法，

背景技术

铝铜镁系耐热铝合金是典型的时效硬化型铝合金，其主要合金元素有Al、Cu、Mg、Mn、Zr等，由于其较好的耐热性能和高比强度，而被用作航空航天结构材料。目前工业广泛应用的耐热铝合金是含Cu和Mg的2618铝和2219铝合金。2618铝合金典型的成份为：2.3wt％Cu～1.6wt％Mg～1.1wt％Fe～1.0wt％Ni～0.18wt％Si～0.05wt％Ti，余为Al，其室温抗拉强度σ_b为441MPa，在200℃时σ_b为321MPa。另一典型种耐热铝合金是2219铝合金，其典型成份为6.3wt％Cu～0.3wt％Mn～0.18wt％Zr～0.10wt％V～0.06wt％Ti，余为Al，其室温抗拉强度σ_b为400MPa，在200℃时σ_b为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，然后通过热挤压成棒材(美国专利No—4772342；Materials Science Forum.，1996，Vols.217-222，P1759)，其典型成分为6.5wt％Cu～0.48wt％Mg～0.46wt％Ag～0.3wt％Mn～0.17wt％Zr～0.07wt％Ti，余为Al，其室温抗拉强度σ_b为520MPa，在180℃时σ_b为375MPa。Cantrell等采用热轧的方法(Materials Science Forum.，1996，Vols.217-222，P1777)，把合金(化学成份为：5wt％Cu～0.5wt％Mg～0.45wt％Mn～0.45wt％Ag～0.14wt％V～0.12wt％Zr，余为Al)轧制成2.25mm的板材，其室温抗拉强度σ_b为480MPa。

目前尚没有利用反向热挤压的方法制备Al—Cu—Mg—Ag系合金管材。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种具有高的耐热性能，高温抗拉强度的高强耐热铝合金。

本发明的另一目的旨在提供一种可节约设备，减少废料，提高成品率，工艺操作简单，可提高合金的耐热性能，满足特殊环境下对高强耐热铝合金管材的需要的，高强耐热铝合金的制备方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的。

本发明合金主要成分及重量百分比为Cu5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag0.5～0.7，Mn0.4～0.6，Zr0.05～0.25，Ti0.1～0.2，余为Al。

本发明的制造方法采用铝铜镁银系合金，其主要成分及重量百分比为Cu5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag0.5～0.7，Mn0.4～0.6，Zr0.05～0.25，Ti0.1～0.2，余为Al，先通过真空熔炼氩气保护浇铸的方法制备成小尺寸铸锭合金，然后通过火焰焦碳炉熔炼及铜模铸造的方式，制备成大尺寸的铸锭合金。合金经过均匀化处理，机加工成棒材，采用挤压比3～10，通过反向热挤压的方式，管材再经过固溶淬火后，在人工时效下进行时效处理。

所述的反向热挤压是指合金管材的流出方向与挤压机的模轴的运动方向相反。

热挤压成外径为Φ185～215mm、壁厚为21～25mm的大口径管材。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的合金室温抗拉强度超过510MPa，延伸率超过7.0％，200℃时抗拉强度超过400MPa，优于目前国内外广泛应用的2618棒材耐热铝合金。

本发明的工艺采用低挤压比，通过反向热挤压，所制备的管材表面光洁度较好，没有裂纹、缩孔等缺陷，同时也没发生开裂等现象，因此，减少了废料，提高了成品率；另外，因为采用低挤压比进行反向热挤压，可节约设备动力。同时通过固溶时效热处理，来提高合金的耐热性能，满足特殊环境下对高强耐热铝合金管材的需要。

本发明的最佳实施例如下：

合金含量为：6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.12％Ti，余为Al，合金的抗拉强度σ_b为：室温为512MPa，200℃为420MPa，延伸率为7.5％。

合金含量为：5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，余为Al，合金的抗拉强度σ_b为：室温为523MPa，200℃为431MPa，延伸率为8.5％。

合金含量为：6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，余为Al，合金的抗拉强度σ_b为：室温为540MPa，200℃为435MPa，延伸率为8.2％。

本发明采用低挤压比的反向热挤压工艺，通过挤压变形后，再采用固溶及人工时效处理，使管材合金的性能处于最佳状态。

附图说明

图1为大型铸件浇注系统示意图。

具体实施方式

结合本发明的方法提供以下实例：

本发明的主要成分及其重量百分比为：Cu5～6.5，Mg0.6～1.0，Ag0.5～0.7，Mn0.4～0.6，Zr0.05～0.25，Ti0.1～0.2，余为Al，通过铸锭冶金及低挤压比的反向热挤压形成管材，设计了三种不同挤压比的合金，其成分不同于2618铝合金及Polmear合金(如表1与2所示)，合金配料先通过真空熔炼氩气保护浇铸的方法制备成小尺寸铸锭合金，然后通过火焰焦碳炉熔炼及铜模铸造的方式，制备成大尺寸的铸锭合金。合金经过均匀化处理，机加工成棒材，采用低挤压比以反向热挤压的方式，挤压成大口径管材，管材再经过固溶淬火后，在人工时效下进行时效处理。其室温和高温抗拉强度明显高于2618铝合金及Polmear合金(如表3所示)。具体实施例如下：

实施例1

合金配料(原料为：A00纯铝、电解铜、2号工业纯镁、99.9％的白银、电解锰、Cu-50Zr中间合金、Al-2.5Ti中间合金)先在ZGG-0.025A真空熔炼炉中熔炼，然后采用氩气保护浇铸的方法制备成Φ80.5mm的小尺寸铸锭合金。铸锭合金经过机加工去掉头尾，再把一定数目的小尺寸铸锭合金在火焰焦碳炉中熔炼，覆盖剂采用配置的钠盐2#熔剂(成分为：39％NaCl+50％KCl+6.6％Na₃AlF₆+4.4％CaF₆)，除气剂为C₂Cl₆，经过静置、扒渣，在埋于湿沙中的铜模中，通过反向浇铸的形式(图1)浇注成大尺寸的圆柱锭，合金锭在500℃均匀化处理12h后，表面进行机加工。加工后的铸锭于400℃保温5h，在45兆牛双动反向挤压机上采用挤压比3，通过反向热挤压的方式，即合金管材的流出方向与挤压机模轴的运动方向相反。挤压成外径Φ185、壁厚为25mm的大口径管材，管材再经过525℃固溶处理5h后水淬，在185℃进行时效处理处理8h。合金的主要成分及其重量百分比为6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.15％Ti，其余为Al。

实施例2：

合金配料(原料为：A00纯铝、电解铜、2号工业纯镁、99.9％的白银、电解锰、Cu-50Zr中间合金、Al-2.5Ti中间合金)先在ZGG-0.025A真空熔炼炉中熔炼，然后采用氩气保护浇铸的方法制备成Φ80.5mm的小尺寸铸锭合金。铸锭合金经过机加工去掉头尾，再把一定数目的小尺寸铸锭合金在火焰焦碳炉中熔炼，覆盖剂采用钠盐的2#熔剂，除气剂为C₂Cl₆，经过静置、扒渣，在埋于湿沙中的铜模中，通过反向浇铸的形式浇注成大尺寸的圆柱锭，合金锭在480℃均匀化处理18h后，表面进行机加工。加工后的铸锭于380℃保温5h，在45兆牛双动反向挤压机上采用挤压比比6.5，通过反向热挤压的方式，挤压成外径Φ190、壁厚为23mm的大口径管材，管材再经过515℃固溶处理8h后水淬，在170℃进行时效处理12h。合金的主要成分及其重量百分比为5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，其余为Al。

实施例3：

合金配料(原料为：A00纯铝、电解铜、2号工业纯镁、99.9％的白银、电解锰、Cu-50Zr中间合金、Al-2.5Ti中间合金)先在ZGG-0.025A真空熔炼炉中熔炼，然后采用氩气保护浇铸的方法制备成Φ80.5mm的小尺寸铸锭合金。铸锭合金经过机加工去掉头尾，再把一定数目的小尺寸铸锭合金在火焰焦碳炉中熔炼，覆盖剂采用钠盐的2#熔剂，除气剂为C₂Cl₆，经过静置、扒渣，在埋于湿沙中的铜模中，通过反向浇铸的形式浇注成大尺寸的圆柱锭，合金锭在490℃均匀化处理15h后，表面进行机加工。加工后的铸锭于410℃保温5h，在45兆牛双动反向挤压机上采用挤压比10，通过反向热挤压的方式，挤压成外径Φ200、壁厚为21mm的大口径管材，管材再经过530℃固溶处理2h后水淬，在200℃进行时效处理3h。合金的主要成分及其重量百分比为6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，其余为Al。

表1 本发明合金的主要化学成分(重量百分比)

合金	Cu	Mg	Ag	Mn	Zr	Ti	Al
合金	Cu	Mg	Ag	Mn	Zr	Ti	Al	实施例1	6.3	0.81	0.65	0.55	0.20	0.12	余量
实施例2	5.5	0.65	0.58	0.51	0.18	0.15	余量	实施例1	6.3	0.81	0.65	0.55	0.20	0.12	余量
实施例2	5.5	0.65	0.58	0.51	0.18	0.15	余量	实施例3	6.0	0.70	0.62	0.45	0.15	0.18	余量

表2 对比合金的主要化学成分(重量百分比)

合金	Cu	Mg	Ag	Mn	Zr	Ti	Fe	Ni	Si	Al
合金	Cu	Mg	Ag	Mn	Zr	Ti	Fe	Ni	Si	Al	2618铝合金棒材	2.3	1.6	0.05	1.1	1.0	0.18	余量
Polmear合金棒材	6.5	0.48	0.46	0.3	0.17	0.07			0.07	余量	2618铝合金棒材	2.3	1.6	0.05	1.1	1.0	0.18	余量

表3 本发明管材合金及对比合金棒材的拉伸性能

Claims

1、一种高强耐热铝合金管材的制备方法，其特征在于：合金成分及重量百分比为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，余为Al，先通过真空熔炼氩气保护浇铸的方法制备成小尺寸铸锭合金，然后通过火焰焦碳炉熔炼及铜模铸造的方式，制备成大尺寸的铸锭合金，合金经过均匀化处理，机加工成棒材，采用挤压比3～10，通过反向热挤压的方式挤压成管材，管材再经过固溶淬火后，在人工时效下进行时效处理。

2、根据权利要求1所述的一种高强耐热铝合金管材的制备方法，其特征在于：所述管材外径为Φ185～215mm、壁厚为21～25mm的管材。

3、根据权利要求1所述的一种高强耐热铝合金管材的制备方法，其特征在于：采用挤压比为3，铝合金组分为6.3％Cu-0.81％Mg-0.65％Ag-0.55％Mn-0.20％Zr-0.12Ti，余为Al。

4、根据权利要求1所述的一种高强耐热铝合金管材的制备方法，其特征在于：采用挤压比为6.5，铝合金组分为5.5％Cu-0.65％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.18％Zr-0.15％Ti，余为Al。

5、根据权利要求1所述的一种高强耐热铝合金管材的制备方法，其特征在于：采用挤压比为10，铝合金组分为6.0％Cu-0.70％Mg-0.62％Ag-0.45％Mn-0.15％Zr-0.18％Ti，余为Al。