[发明专利]一种稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高强耐热铝合金

说明书

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，尤其涉及一种稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高强耐热铝合金。

背景技术

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系铝合金，具有良好的耐热性，热状态下塑性高且加工性能好，被广泛用于生产高温下具有较高强度的重要承力构件。欧美的2618A，俄罗斯的AK4-1及常见的2A70、2D70和2A80均为Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金。该类合金中S(Al₂CuMg)相为主要强化相，且高温稳定性能较好，可使合金获得良好的室温性能并兼具较高的高温性能。因此，应使合金获得尽可能多的S(Al₂CuMg)相。根据S(Al₂CuMg)相的严格计量比化学方程式可知，为获得S(Al₂CuMg)相应使合金中Cu/Mg接近2.61(w(Cu)/w(Mg)=63.55/24.31)。传统Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金(2A70、2618等)中Cu、Mg含量分别为1.9~2.5%和1.4~1.8%。根据Cu/Mg=2.61计算可知，当Cu含量为合金的上限值2.5%时，形成S(Al₂CuMg)相所需的Mg含量为0.96%，远低于2A70合金中Mg含量的下限值(1.4%)。因此，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中Mg元素通常过量。通过增加Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中Cu元素含量，使其与合金中过量Mg元素形成S(Al2CuMg)相，从而在该合金中获得较大数量的强化相。

Fe、Ni对合金的耐热性能有较好的帮助，但单独添加Fe或Ni将形成Al₇Cu₂Fe、Al₇Cu₄Ni等难溶化合物。这些化合物均含Cu，它们的形成必然减少合金中S(Al₂CuMg)相的数量，从而对合金的性能产生影响。Fe、Ni只有以1：1的比例添加时，才能主要形成Al₉FeNi相而不影响合金中S(Al₂CuMg)相的数量。该相在高温下不易分解，具有较好的高温稳定性，细小均匀分布的Al₉FeNi相也有利于提高合金的耐热性能。但增加Fe、Ni含量，在熔铸过程中容易出现粗大针状Al₉FeNi化合物聚集，显著降低合金的力学性能，且在加工变形过程中不易于破碎与分散，不利于合金耐热性能的提高。因此，适当降低合金中Fe、Ni含量对提高合金的室温力学性能有较大的帮助。

此外，研究表明合金中添加稀土Sc元素能够细化并改善Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中强化相的形貌与分布，从而有效提高合金的强度和高温耐热性能。但Sc元素价格昂贵，难以在实际生产中广泛应用。因此，科研工作者致力于寻找经济适用、合理有效的微合金化方法，研究开发获得新一代高强耐热铝合金。大量文献对不同稀土元素对铝合金组织与性能的影响都进行了报道，但稀土Nd在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中的应用却未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高强耐热铝合金，通过高Cu、低Fe、Ni与添加稀土Nd的相互匹配、共同作用使合金获得优异的室温强度和高温性能。

上述技术问题是通过以下方案实现的：

    一种稀土合金化Al-Cu-Mg-Fe-Ni高强耐热铝合金，其特征在于：所述合金中各元素的质量百分比含量范围分别为：Cu 2.6~3.5%，Mg 1.3~1.8%，Fe 0.1~0.8%，Ni 0.1~0.8%，Nd 0.05~0.50%，Mn 0.1~0.25%，Zr 0.1~0.25%，余量为Al；所述合金中Fe、Ni元素以1：1等比例添加。