[发明专利]一种C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法。

背景技术

随着中国和世界铝产量通涨，各厂家在铝合金中加入多种合金化元素，分别起到固溶强化、弥散强化、晶界强化和表面稳定化等作用，使得铝合金在高温下可保持优异的力学性能。

铝合金熔炼的核心环节是高质化处理，包括纯净化和结构细化均匀化。结构细化均匀化通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法沟槽铝合金熔体及固溶体的基本单元——结晶体的体积尽可能小，分布尽可能均匀。

变质处理添加剂又称为变质剂，需要具备化学性质稳定、熔点高、晶格尺寸与铝相适应等性质，目前，常用的变质剂多为钛、硼、稀土化合物等，在铝合金领域，变质剂多为粉末状的碱金属卤化物复合盐，这种变质剂在Al-Si系铝合金中有较好的变质效果，但在Al-Cu系铝合金中变质效果不佳。

目前，可耐高温的Al-Cu系铝合金(ZL 201A、ZL 204A、ZL 205A)大多采用精铝为原料，加入Sc、Ag等贵重金属，导致该系铝合金虽然具有高强韧性，但成本过高，只能用于航空航天、国防军工等尖端领域，无法推广。

另外，北京航空材料研究所研制的ZL205A合金的抗拉强度为510MPa，是目前已有注册牌号的铸造铝合金材料强度最高的；但该合金铸造性能差，表现为热裂倾向大、流动性差；并且抗腐蚀性能低，因此，该系列合金的铸造成品率相当低。

发明内容

本发明实施例提供了一种C变质的Cr-Nb铝合金及其制备方法，在普铝中引入合金元素和稀土元素，以常见的原料加工获得高强耐热、铸造性能好的铝合金材料。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种C变质的Cr-Nb铝合金，所述铝合金各成分的重量百分比为：Cu：1.5-3.5％，Mn：0.1-0.4％，Cd：0.05-0.25％，Ti：0.05-0.3％，C：0.01-0.09％，Zr：0.1-0.4％，Cr：0.2-0.55％，Nb：0.2-0.55％，稀土元素：2.1-4.9％，余量为Al。

优选地，铝合金各成分的重量百分比为：Cu：2.0-3.0％，Mn：0.15-0.35％，Cd：0.1-0.2％，Ti：0.1-0.25％，C：0.03-0.07％，Zr：0.15-0.35％，Cr：0.25-0.5％，Nb：0.25-0.5％，稀土元素：2.5-4.2％，余量为Al。

优选地，铝合金各成分的重量百分比为：Cu：1.8-2.6％，Mn：0.22-0.29％，Cd：0.12-0.18％，Ti：0.12-0.22％，C：0.04-0.06％，Zr：0.17-0.28％，Cr：0.3-0.4％，Nb：0.3-0.49％，稀土元素：2.9-3.4％，余量为Al。

优选地，C的重量百分比为：0.05％。

优选地，Cr的重量百分比为：0.31-0.39％。

优选地，Nb的重量百分比为：0.32-0.46％。

优选地，稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中的任意一种。

优选地，稀土元素包括La、Ce、Eu、Pr、Er、Nd、Y中任意两种或两种以上的混合物。

本发明还提供一种上述的C变质的Cr-Nb铝合金制备方法，包括以下步骤：

A、在熔炼炉中加热适量的铝，在700-850℃下保温；

B、按比例加入Mn、Ti、Zr、Cr、Nb金属，搅拌均匀后加入Cu、Cd金属，再加入C和稀土元素，搅拌均匀。

优选地，在加入C和稀土元素后，在熔炼炉中加入精炼剂，搅拌均匀。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、强度高：本发明实施例的铝合金成分中，稀土元素含量高，充分发挥其净化、细化晶粒和变质作用；Cu与Mn配合形成高温强化相，MnAl₆化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，并能溶解杂质铁，形成(Fe、Mn)Al₆，减小铁的有害影响；Cr、Nb与Al基分别形成多种高温强化相，显著提高合金的高温强度；Ti、Zr作为细化剂，提高熔体流动性；碳化物的晶格接近于铝固溶体的晶格常数，且可稳定存在，提高合金的组织分散度；由此，经反复试验验证，本发明实施例制得的铝合金强度在190-200℃下可持续100小时达到500～550Mpa；