[发明专利]一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法

权利要求书

1.一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金，其特征在于，按重量百分比，包括以下成分：Cu:4.5-6.3%，Mg:0.6-1.2%，Mn:0.6-1.5%，Si:≤0.5%，Fe:≤0.5%，Sc:0.15-0.35%，Zr:0.1-0.2%，Y:0.1-0.3%，Sc与Zr按质量比Sc:Zr=1-3:1添加，余量为铝及不可除杂质；所述高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金通过下述步骤制备：

A、熔炼：以高纯铝、高纯镁、铝铜中间合金、铝钪中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钇中间合金为原料；其中，高纯铝纯度≥99.99%，工业纯镁的纯度≥99.95%，铝铜中间合金中铜的含量≥50.0%，铝钪中间合金中钪的含量≥1.0%，铝锆中间合金中锆的含量≥10.0%，铝锰中间合金中锰的含量≥20.0%，铝钇中间合金中钇的含量≥10.0%；按成分配比称取原料，装入电阻炉内，加热熔融；

B、模具：依据铝合金铸锭尺寸设计并制备一定尺寸的钢模具；钢模具的壁厚大于等于30mm，充当内模，从钢模具外壁底部向上环绕冷却管，管内通入冷却水，冷却水温度和流量可以控制，采用砂型模具作为外模，其中钢模具与砂型模具厚度比为1：（2-5），浇注系统采用钢模具浇注系统；通过控制冷却水温度和流量控制冷却速度；

C、精炼、除杂、除气：待金属熔体完全合金化之后，将除杂剂加入合金熔体中进行聚渣，并同时通入氩气，时间10-20分钟，静置、扒渣，重复上述操作2-3次，然后将铝合金熔体静置，时间大于20分钟；

D、浇注：待铝合金熔体精炼、除杂、除气完毕，保持熔体温度720±5℃，浇注至B所设计制备的模具冷却凝固，得到铸锭；

E、均匀化热处理：将步骤D获得的铸锭加热至480±10℃，并保温13-15h，出炉空冷至室温；

F：锻造预变形：将步骤E获得的均匀化铸锭在电阻炉中加热至420-450℃并保温40~60min，然后进行三维大变形多向锻造，压下速率1~3mm/s；第一次变形：在最大尺寸方向、即Y轴向进行压下变形，当应变达到0.5~0.8时，进行第一次翻转换向变形：沿着径向即垂直于第一次加压方向进行换向多次变形，得到多菱形柱状坯料，所述径向为X轴向；当应变达到0.5~0.8时，进行第二次翻转换向变形：沿着X轴向和Y轴向之间夹角最大尺寸方向进行换向多次变形，得到球状多面体；重复上述步骤3-5次；最后沿X轴方向换向变形，得到多菱形柱状坯料；

G、等温变形加工：将步骤F获得的坯料在420-450℃保温1~2h，模具在420-450℃保温25-35min，挤压比为（10-20）：1，挤压速度确保铸锭应变速率为0.05~0.2s^-1；或等温锻造，坯料在420-450℃保温1-2h,模具在420-450℃保温25-40min，锻造时液压机下压速度为0.05~0.1mm/s；得到等温变形加工件；

H、热处理：先进行固溶处理，将等温变形加工件加热至480-520℃，保温1-3h，出炉水淬；然后进行梯度时效处理，首先将固溶处理件加热至100-130℃保温0.5-1.5h，随后升温至170-220℃保温5.0-10.0h，空冷，得到制件。

2.根据权利要求1所述的一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金，其特征在于，按重量百分比，包括以下成分：Cu:4.5-5.2%，Mg:0.6-1.0%，Mn:0.6-1.5%，Si:≤0.5%，Fe:≤0.5%， Sc:0.2-0.3%，Zr:0.12-0.15%，Y:0.2-0.3%，Sc与Zr按质量比Sc:Zr=1-3:1添加，余量为铝及不可除杂质。

3.根据权利要求1-2所述的一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金，其特征在于，按重量百分比，包括以下成分：Cu:5.0%，Mg:0.6%，Mn:1.0%，Si:≤0.5%，Fe:≤0.5%，Sc:0.26%，Zr:0.13%，Sc:Zr=2:1，Y:0.3%，余量为铝及不可除杂质。

4.根据权利要求1所述的一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金，其特征在于，步骤A加热后熔体温度为750-800℃。