[发明专利]一种同时含β″相和θ′相的铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种同时含β″相和θ′相的铝合金及其制备方法，属于铝及铝合金铸造技术领域。本发明首次尝试了利用β″相和θ′相两相协同强化提高铝合金(尤其是ZL114A铝合金)强度。本发明所涉及的制备方法为：对ZL114A合金进行熔炼，在其中加入0.33～0.55wt％的Cu；树脂砂型铸造，得到铸锭，对铸锭进行固溶处理，固溶后淬火，接着进行人工时效处理，得到产品；人工时效是时效温度为163～185℃、保温时间为7～12h。本发明可以充分发挥Cu在ZL114A合金中的强化作用，使其在ZL114A合金中出现β″相和θ′相两相协同强化的现象，ZL114A合金的强度大幅提高，砂型铸造条件下达到380MPa以上。

技术领域

本发明涉及一种同时含β″相和θ′相的铝合金及其制备方法，属于铝及铝合金铸造技术领域。

背景技术

ZL114A合金是我国北京航空材料研究院自主研发的铸造Al-Si-Mg合金(Si含量：6.5～7.5wt％；Mg含量：0.45～0.75wt％)，具有良好的力学性能(根据航空标准，金属型铸造条件下，ZL114A合金的抗拉强度需大于300MPa)，被广泛应用于航空航天工业，尤其适合生产结构铸件，如战斗机用导弹挂架、发动机机匣和燃油壳体等。近年来航空航天装备轻量化和高可靠性制造的发展趋势对ZL114A合金的强度提出了更高的要求，提高ZL114A合金的强度不仅有利于现有铸件的生产与实用，也为该合金拓宽工业化使用范围甚至该合金的升级打下了基础。

β″相是纳米Mg-Si析出相，是ZL114A合金中原本就存在的强化相。θ′相是纳米Al-Cu析出相，是ZL114A合金中不存在的强化相。在ZL114A合金中添加适量的Cu，有可能就会出现β″相和θ′相两相协同强化的现象，从而大幅度提高ZL114A合金的强度，Cu含量太高对ZL114A合金的工业化使用有很大的影响，Cu含量太低不会出现β″相和θ′相两相协同强化的现象。董亮等研究了Cu对铸造Al-7Si-0.3Mg合金的影响，但其Cu含量为1.5wt％，远超过Mg含量，对合金的工业化使用有较大的影响(董亮.Cr,Mg,Cu合金化对于Al-7％Si铸造铝合金结构和性能的影响[D].上海交通大学,2018.)；CESCHINI等人研究了Cu对铸造Al-7Si-0.4Mg合金的影响，但其Cu含量为1.5wt％，远超过Mg含量，对合金的工业化使用有较大的影响(Ceschini L,Messieri S,Morri A,et al.Effect of Cu addition onoveragingbehaviour,room and high temperature tensile and fatigue propertiesof A357 alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2020,30(11):2861-2878.)；张洋等人研究了Cu对铸造Al-7.3Si-0.6Mg合金的影响，但其Cu含量仅为0.2wt％，Cu含量太低，不会出现β″相和θ′相两相协同强化的现象(张洋.Sr加入量及微量Cu元素对A357合金组织和性能的影响[D].哈尔滨工业大学,2010.)；周楠等人研究了Cu对铸造Al-7Si-0.6Mg合金的影响，但其Cu含量仅为0.11wt％，Cu含量太低，不会出现β″相和θ′相两相协同强化的现象(周楠.凝固条件与Cu元素对A357合金筒形件组织及力学性能影响.哈尔滨工业大学,2013.)；王东成等人研究了Cu元素对铸造Al-7Si-0.6Mg合金的影响，最佳Cu含量为0.5wt％，但添加Cu后合金最大的抗拉强度仅有331MPa(王东成.ZL114A合金组织与力学性能的综合优化.南昌航空大学,2010.)；王爽等人研究了Cu元素对铸造Al-7Si-0.3Mg合金的影响，Cu含量为0.5wt％，但添加Cu后合金最大的抗拉强度仅有300MPa(王爽.柴油机用Cu、Cr改性A356铸铝合金时效工艺研究[D].山东大学,2018.)。总之，在目前有关Cu元素对类似ZL114A合金的铸造Al-Si-Mg合金的影响的研究中，没有研究者利用β″相和θ′相两相协同强化的方法大幅提高合金的强度，在现有的研究中，添加Cu后，Al-Si-Mg合金的最大抗拉强度远小于350MPa。

发明内容