钛合金化的铝铜镁银系高强耐热铝合金

摘要

一种钛元素合金化的铝铜镁银系高强耐热铝合金。属于高性能结构材料领域。本发明具体成分及其重量百分比为：Cu：4～8，Mg：0.4～1.0，Ag：0.3～1.0，Mn：0.3～0.6，Zr：0.05～0.30，Ti：0.05～1.1；余量为Al。本发明是在现有的铝铜镁银系合金中添加钛元素，不改变已形成的合金成分优化设计，而是利用钛的作用使铝铜镁银系合金的原始铸态组织得到细化。得到细化的铸态合金通过进一步的形变热处理，在人工时效过程中进行时效处理，以获得较好的组织，使其性能处于最佳状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝铜镁银系高强耐热铝合金，涉及一种钛元素合金化的铝铜镁银系高强耐热铝合金。属于高性能结构材料领域。

背景技术

铝铜镁系耐热铝合金是典型的时效硬化型铝合金，由于其较好的耐热性能和高比强度，主要被用作航空航天结构材料。目前工业广泛应用的耐热铝合金是含Cu和Mg的2618和2219铝合金。2618铝合金典型的成份及重量百分比为：2.3％Cu-1.6％Mg-1.1％Fe-1.0％Ni-0.18％Si，其余为Al，其室温抗拉强度σ_b为441MPa，在200℃时σ_b为321MPa，300℃时σ_b为60MPa。另一典型种耐热铝合金是2219铝合金，其典型成份及重量百分比为6.3％Cu-0.3％Mn-0.18％Zr-0.10％V，其余为Al，其室温抗拉强度σ_b为400MPa，在200℃时σ_b为234MPa，300℃时σ_b为72MPa。因这两种合金的的室温及高温强度相对比较低，主要用于不超过150℃的工作环境中。

经文献检索发现，澳大利亚Polmear在《Materials Science Forum》(《材料科学论坛》1996，Vols.217-222，p.1759)上，报道了一种Al-Cu-Mg-Ag合金，该合金的典型的成份及重量百分比为：6.3％Cu-0.48％Mg-0.46％Ag-0.3％Mn-0.17％Zr，其余为Al，在室温时的抗拉强度σ_b为520MPa，150℃时为415MPa。通过对专利及刊物报道的结果分析，发现Al-Cu-Mg-Ag系合金的高温耐热性能均超过了2618和2219铝合金，但其室温抗拉强度提高不是很明显，而且高温强度，尤其是250℃以上的高温强度远远不能满足实际应用要求。为此有必要进一步提高其力学性能，使合金具有较好的室温和高温抗拉强度。目前尚没有利用钛元素合金化技术促进铝铜镁银系合金组织转变和提高其耐热性能的文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提供一种钛元素合金化的铝铜镁银系高强耐热铝合金，使其通过钛元素合金化，来细化合金晶粒度，细化时效析出相的尺寸，提高析出相的热稳定性，来提高合金的总体强度和高温耐热性能，使合金的性能超过传统的2618、2219铝合金及Polmear合金。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明铝铜镁银系合金具体成分及其重量百分比为：Cu：4～8，Mg：0.4～1.0，Ag：0.3～1.0，Mn：0.3～0.6，Zr：0.05～0.30，Ti：0.05～1.1；余量为Al。

本发明铝铜镁银系高强耐热铝合金在现有的铝铜镁银系合金(Cu：4～8；Mg：0.4～1.0；Ag：0.3～1.0；Mn：0.3～0.6；Zr：0.05～0.30；余为Al)配料中，添加0.05～1.1Ti，然后采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过均匀化处理，热挤压成棒材，然后再经过固溶淬火后，进行人工时效处理。

本发明的最佳实施例如下：

添加0.20％的Ti形成的铝铜镁银系合金，其组份及其重量百分比为：6.50％Cu-0.81％Mg-0.72％Ag-0.40％Mn-0.15％Zr-0.20％Ti，其余为Al。合金的抗拉强度σ_b至少是：室温为582MPa，200℃为450MPa，300℃为290MPa。

添加0.31％的Ti形成的铝铜镁银系合金，其组份及其重量百分比为：5.70％Cu-0.72％Mg-0.55％Ag-0.50％Mn-0.25％Zr-0.31％Ti，其余为Al。合金的抗拉强度σ_b至少是：室温为572MPa，200℃为440MPa，300℃为220MPa。

添加0.60％的Ti形成的铝铜镁银系合金，其组份及其重量百分比为：5.42％Cu-0.80％Mg-0.60％Ag-0.40％Mn-0.20％Zr-0.60％Ti，其余为Al。合金的抗拉强度σ_b至少是：室温为540MPa，200℃为430MPa，300℃为310MPa。

本发明具有显著效果，本发明在现有的铝铜镁银系合金中添加钛元素，不改变已形成的合金成分，而是利用钛的作用使铝铜镁银系合金的原始铸态组织得到细化。得到细化的铸态合金通过进一步的形变热处理，在人工时效过程中进行时效处理，以获得较好的组织，使其性能处于最佳状态。

具体实施方式

结合本发明的方法提供以下实施例：

本发明的的实施例是在铝铜镁银合金(Cu：4～8；Mg：0.4～1.0；Ag：0.3～1.0；Mn：0.3～0.6；Zr：0.05～0.30；余为Al)。配料中添加不同含量的钛，设计了五种合金，其成份不同于2618、2219及Polmear合金(如表1和2所示)。合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过均匀化处理，采用热挤压，挤压成棒材，经过固溶淬火后，进行时效处理。室温和高温抗拉强度明显高于2618、2219及Polmear合金(如表3和4所示)。具体实施例说明如下：

实施例1：

在铝铜镁银合金配料中添加0.05％Ti，合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过480℃均匀化处理，在400℃，采用热挤压，挤压成棒材，经过510℃固溶淬火后，在200℃进行时效处理。合金的组份及其重量百分比为5.15％Cu-0.70％Mg-0.58％Ag-0.51％Mn-0.12％Zr-0.05％Ti，其余为Al。

实施例2：

在铝铜镁银合金配料中添加0.20％Ti，合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过500℃均匀化处理，在380℃，采用热挤压，挤压成棒材，经过525℃固溶淬火后，在185℃进行时效处理。合金的组份及其重量百分比为：6.50％Cu-0.81％Mg-0.72％Ag-0.40％Mn-0.15％Zr-0.20％Ti，其余为Al。

实施例3：

在铝铜镁银合金配料中添加0.31％Ti，合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过480℃均匀化处理，在420℃，采用热挤压，挤压成棒材，经过520℃固溶淬火后，在210℃进行时效处理。合金的组份及其重量百分比为：5.70％Cu-0.72％Mg-0.55％Ag-0.50％Mn-0.25％Zr-0.31％Ti，其余为Al。

实施例4：

在铝铜镁银合金配料中添加0.60％Ti，合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过510℃均匀化处理，在400℃，采用热挤压，挤压成棒材，经过530℃固溶淬火后，在150℃进行时效处理。合金的组份及其重量百分比为：5.42％Cu-0.80％Mg-0.60％Ag-0.40％Mn-0.20％Zr-0.60％Ti，其余为Al。

实施例5：

在铝铜镁银合金配料中添加1.10％Ti，合金采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过520℃均匀化处理，在420℃，采用热挤压，挤压成棒材，经过520℃固溶淬火后，在170℃进行时效处理。合金的组份及其重量百分比为：5.30％Cu-0.65％Mg-0.50％Ag-0.35％Mn-0.15％Zr-1.10％Ti，其余为Al。

              表1发明合金的主要化学成份(重量百分比)

  合金  Cu  Mg  Ag  Mn  Zr  Ti  Al  实施例1  5.15  0.70  0.58  0.51  0.12  0.05  余量  实施例2  6.50  0.81  0.72  0.40  0.15  0.20  余量  实施例3  5.70  0.72  0.55  0.50  0.25  0.31  余量  实施例4  5.42  0.80  0.60  0.40  0.20  0.60  余量  实施例5  5.30  0.65  0.50  0.35  0.15  1.10  余量

              表2对比合金的主要化学成份(重量百分比)

  合金  Cu  Mg  Fe  Ni  Si  Ag  Mn  Zr  V  Al  2618  2.3  1.6  1.1  1.0  0.18  余量  2219  6.3  0.3  0.18  0.10  余量  Polmear  合金  6.5  0.48  0.46  0.3  0.17  余量

                    表3本发明合金的拉伸性能

    合金测试温度，℃                拉伸性能  σ_b，MPa  σ_0.2，MPa  δ，％  实施例1    25    516    482    9.5    200    410    390    12.0    300    205    200    15.3  实施例2    25    582    543    10.2    200    450    420    11.5    300    290    281    15.6    实施例3    25    572    533    10.3    200    440    426    14.0    300    220    213    18.4    实施例4    25    540    511    9.2    200    430    421    10.5    300    310    294    12.4    实施例5    25    517    487    8.0    200    390    375    9.4    300    248    240    11.5

                     表4对比合金的拉伸性能

  合金测试温度，℃              拉伸性能 σ_b，MPa  σ_0.2，MPa δ，％  2618    24    441    372    10    200    221    179    24    300    60    41    75  2219    24    400    276    12    200    234    172    20    300    72    60    38  Polmear  合金    25    520    470    10.0    150    415    403    11.8    180    375    367    14.5