[发明专利]Ag-Nb-RE高强耐热铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法，特别涉及一种Ag-Nb-RE高强耐热铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。

从制造业和铝合金制品的角度，习惯上把高强度铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类；从制品可用的温度条件划分，高强度铝合金又分为普通铝合金和高温(或耐热)铝合金。到目前为止，能够满足高温高强需要的，只有Al-Cu系铝合金，从牌号系列上讲，Al-Cu系合金包括铸造铝合金和变形铝合金，而不论铸造还是变形，都属于2系铝合金；而能够同时满足铸造性能好又容易进行变形加工的高温高强度铝合金，还没有见公开报道过。

1、高强度铸造铝合金和变形铝合金

一般铸造铝合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa～300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高；AlZn系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。

在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目前没有与它对应的牌号。

在高强韧铸造铝合金领域，我国取得了世界瞩目的成绩。60年代至70年代，北京航空材料研究院研制成功了ZL205A合金。ZL205A合金成分复杂，含有Cu，Mn，Zr，V，Cd，Ti，B等7种合金元素。ZL205A(T6)的抗拉强度为510MPa，是目前已有注册牌号的铸造铝合金材料强度最高的。ZL205A(T5)的强韧性最好，延伸率可达13％；但ZL205A最大的缺陷是铸造性能差、热裂倾向性大，同时因配方成本高，应用范围小。

上述3种高强韧铸造铝合金同属于Al-Cu系。该系列合金强度高，塑性和韧性也较好。但铸造性能较差，具体表现为热裂倾向大、流动性较差、补缩困难。此外，该系列合金抗蚀性能较差，有晶间腐蚀倾向。该系列合金的铸造成品率很低。

此外，已经公开的申请号为200810302670.3、200810302668.6、200810302669.0和200810302671.8的4个专利名称均为“一种高强度铸造铝合金材料”的文献中介绍了一种由Cu、Mn、Ti、Cr、Cd、Zr、B和稀土元素组成的高强度铸造铝合金材料，这种铝合金材料具有较高的抗拉强度和延伸率，抗拉强度达到了440Mpa，延伸率大于6％；但此类高强度铸造铝合金材料在使用过程中仍未能解决热裂倾向大的问题、合金强度与可铸性的矛盾突出，其主要原因是在合金主元素Cu、Mn成分范围，合金准固相温度范围较宽，铸造凝固时为具有各向异性的枝晶发育提供了充分条件，在凝固后期形成强大的内部收缩应力，故而收缩热裂倾向大。