[发明专利]一种Al-4.5Cu铝铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Al‑4.5Cu铝铜合金材料制备方法。包括以下质量百分数的组分：Cu 4.0％～5.0％、Ni 0.2％～0.6％、Ti 0.2％～0.4％、Nd 0.1％～0.3％、La 0.1％～0.3％、Bi 0.05％～0.15％、余量的Al以及不可避免的杂质。本申请对铝铜合金材料进行了成分强化及工艺强化，优化了铝铜合金材料的抗拉强度，抗热裂性能及耐腐蚀性能。能够满足高强度、高腐蚀等复杂环境下材料性能的需求，可广泛应用在航空、航天、汽车等领域。

技术领域

本发明涉及一种Al-4.5Cu铝铜合金材料制备方法。

背景技术

Al-Cu合金(如Al-4.5Cu和Al-5Cu)具有良好的室温和高温强度，在现代国防等各工业领域中具有至关重要的位置，具有广阔的应用前景。随着科学技术的发展，Al-Cu合金的抗热裂性、耐腐蚀性能已无法满足使用要求。目前高强度铸造铝铜合金中的合金元素种类较多，冶炼及热处理工艺复杂，对原料也有较高的纯度要求，从而增加了生产成本和难度。

现有研究结果表明，Al-Cu合金的宽结晶温度范围是导致其铸造性能差和较严重热裂倾向的主要因素，使得Al-Cu合金在某些行业领域的发展受到很大限制。

Al-Cu合金的强化效果主要取决于添加的微量元素。其中，Ti与Nd、La、Bi提高合金性能的机理不同，前者是细化晶粒，后者是改善晶粒形貌和晶间结合状态，即出现“晶间搭桥”的方式提高合金的热裂倾向。Ni的添加可以减少Al-Cu合金中AL₂Cu相的含量，并且形成Ni新相，使Al-Cu合金抗腐蚀性提升的同时提高其力学性能。

因此，如何优化Al-4.5Cu铝铜合金材料的性能，包括抗拉强度，抗热裂性能及耐腐蚀性能在内的综合性能，以满足航天航空结构件、机械加工品、发动机活塞机轮等零部件对所用铝铜合金材料性能的要求，是目前技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种Al-4.5Cu铝铜合金材料制备方法，其针对Al-Cu铸造合金的热裂及腐蚀问题，通过在合金中添加部分微量元素来抑制合金的热裂，同时提高合金的耐腐蚀等性能。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种Al-4.5Cu铝铜合金材料包括以下质量百分数的原料：

Cu 4.0％～5.0％

Ni 0.2％～0.6％

Ti 0.2％～0.4％

Nd 0.1％～0.3％

La 0.1％～0.3％

Bi 0.05％～0.15％

余量的Al以及不可避免的杂质。

一种Al-4.5Cu铝铜合金材料的制备方法步骤为：

1)熔炼：首先在熔炼炉内依次加入Al及Al-50Cu中间合金，纯Ni，Al-4Ti中间合金，Al-Bi中间合金，融化后覆盖木炭进行对熔体进行保护，随后加入纯Nd，纯La，将合金温度降至740～760℃，用六氯乙烷精炼，精炼得到合金熔体后加入KBF₂、K₂TiF₄并缓慢搅拌3～5分钟后，进行二次精炼，静置10～15分钟，得到Al-4.5Cu合金熔体；

2)重力铸造：将步骤1)得到的Al-4.5Cu合金熔体浇注到模具中，浇注温度为720℃，缓慢匀速浇铸，铸造完成后制得铝铜合金金属铸锭；

3)固溶处理：将步骤2)得到的铝铜合金金属铸锭加热到535℃，保温时间为16h，淬火温度50～60℃；

4)时效处理：将固溶处理后的铝铜合金金属铸锭试样淬火后，将合金加热到175℃，并保温4～5小时进行时效处理，随后进行空冷；