[发明专利]一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强Al‑Cu‑Mg‑Mn铝合金及其制备方法，涉及铝合金领域，按重量百分比，包括以下成分：Si:≤0.5％，Fe:≤0.5％，Cu:4.5‑6.3％，Mg:0.6‑1.2％，Mn:0.6‑1.5％，Sc：0.15‑0.35％，Zr：0.1‑0.2％，Y:0.1‑0.3％,余量为铝及不可除杂质。制备方法为：熔炼、精炼除杂除气、浇注、均匀化热处理、三维大变形锻造预变形、等温变形加工、热处理。所用铸造模具为金属模具作为内模、环绕冷却管，砂型模具作为外模的特殊组合模具，制备得到高质量、高性能铸件；所述热处理为固溶处理+梯度时效处理。本发明所制备的Al‑Cu‑Mg‑Mn铝合金，强度大于520MPa,伸长率为12‑16％，在强度提高的同时，实现了伸长率的提升。本发明方法简单，在高强铝合金领域具有重要的价值。

技术领域

本发明提供了一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法，属于铝合金领域。

背景技术

Al-Cu-Mg-Mn铝合金具有密度低，强度高，塑性优异的特点，同时具备优良导电和导热性能，在工业领域有着广泛的应用，尤其在航天航空领域，是航空飞行器重要的结构材料，飞机机身接头、框架、轮毂等支撑结构零部件均采用了铝合金。

目前使用的Al-Cu-Mg-Mn铝合金的抗拉强度、抗疲劳性能较低，需要进一步优化显微组织，改善性能，满足航天航空需求。在铝合金添加Sc元素，可以细化晶粒，提高合金的强度及加工性能。Sun等[FangfangSun,et al.Effect of Sc and Zr additions onmicrostructures and corrosion behavior of Al-Cu-Mg-Sc-Zr alloys[J].Journal ofMaterials ScienceTechnology,2017,33(9):1015-1022]在Al-4.12Cu-1.89Mg合金中添加0.1％Sc、0.2％Zr元素，合金经轧制变形，固溶、时效处理，强度达到436MPa,伸长率为13.64％。中国专利CN103748246A公开了一种耐热性Al-Cu-Mg-Ag合金和生产由这种铝合金构成的半成品或成品的方法，成分包含：0.3-0.7wt％的硅，不大于0.15wt％的铁，3.5-4.7wt％的铜，0.05-0.5wt％的锰，0.3-0.9wt％的镁，0.02-0.15wt％的钛，0.03-0.25wt％的锆，0.1-0.7wt％的银，0.03-0.5wt％的钪，0.03-0.2wt％的钒，不大于0.05wt％的单种其它元素，不大于0.15wt％的全部其它元素，余量的铝。制备的铝合金抗拉强度可达449MPa，伸长率为10.6％。中国专利CN105441759A公开了一种含Sc的高强度Al-Cu-Mg-Mn-Zr合金及其制备方法，合金成分：铜为3.7％-4.0％，镁为1.4％-1.6％，钪为0.2％-0.3％，锆为0.2％-0.3％，锰为0.3％-0.5％，余量为铝，添加Sc、Zr，并进行轧制变形，所制备的铝合金强度室温抗拉强度为450-520MPa，伸长率为6.5％-11.5％。

本发明提供一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法，采用Sc、Zr、Y微合金化，结合铸造工艺控制制备高质量铸锭，采用三维大变形多向锻造对铸锭进行预变形处理，然后进行等温挤压或等温锻造变形加工，在避免提高变形储能的同时，实现亚结构强化，固溶及时效热处理后所制备合金强度达530MPa，伸长率达到10-16％。

发明内容：

本发明针对Al-Cu-Mg-Mn铝合金的抗拉性能、冲击韧性、抗疲劳性能较低的问题，提供一种高强Al-Cu-Mg-Mn铝合金及其制备方法，采用Sc、Zr、Y微合金化，结合铸造工艺控制制备高质量铸锭，采用三维大变形多向锻造对铸锭进行预变形处理，然后进行等温挤压或等温锻造变形加工，在避免提高变形储能的同时，实现亚结构强化，结合固溶+梯度时效热处理，达到同时提高铝合金强度以及伸长率的目的。