专利名称：高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及铸造技术，具体是指一种高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料。
铸造铝基合金材料具有密度小、比强度高的特点，可广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。机械零件的轻量化发展趋势对铸造铝基合金的要求是，既要有高的强度和塑性，又要有低的热裂倾向。
现有的铸造铝基合金存在着强度和热裂倾向的矛盾。一部分合金的强度高、塑性也比较好，但热裂倾向很大。如国标ZAlCu5MnCdVA，含有Cu、Mn、Ti、B、Cd、Zr、V等合金元素，抗拉强度可达到500Mpa，但热裂环宽度为37.5mm(浇注温度730℃)，铸造过程很容易产生裂纹。法国牌号A-U5GT含有Cu、Mg、Ti等合金元素，抗拉强度345--385Mpa，伸长率5.5--11％，热裂环宽度为30mm。另一部分合金，如铝硅系铸造合金，它们的热裂倾向小，但它们的强度和塑性均较差。如美国牌号A356，抗拉强度为190--290Mpa，伸长率为2--5％。国外有专利牌号KO-1，含有Cu、Mg、Mn、Ti、Ag等合金元素，强度和塑性均较好，抗拉强度为385--460Mpa，伸长率为4.0--9.0％，但含有0.4--1.0％的银，成本太高。
本发明的目的在于针对现有技术的缺点，根据航天、航空等领域对机械零件的要求，提供一种高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料，既有高的强度和塑性，又有低的热裂倾向。
本发明的高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料成分如下(重量百分比)Cu4.0～6.0％Mn0.2～0.8％Mg0.2～0.8％Ti0.1～0.5％B 0.01～0.10％Zr0.05～0.50％V 0.05～0.50％Sc0.005～0.10％其余为铝和不可避免的微量杂质。
本发明的合金材料可以用现有的普通熔炼技术生产。
本发明与现有技术相比，具有如下优点1、本发明的合金材料强度高、塑性好，同时热裂倾向低。本发明的合金材料的力学性能为抗拉强度≥420Mpa，伸长率≥12％。本发明的合金材料的热裂倾向为浇注温度730℃时热裂环宽度17.5～20mm。与强韧性类似的牌号合金相比，热裂倾向小约50％；与热裂倾向相似的牌号合金相比，强度和塑性均提高30％以上。
2、本发明的合金材料价格较低。本发明的合金材料的成本比美国专利牌号KO-1低50％以上；与常规的高强度铸造铝铜合金相当。
通过如下实施例对本发明作进一步说明。
实施例一步骤一配料用量如下成分规格 质量百分比用量纯铝锭 A0073.9％铝铜合金50％Cu 11.0％铝锰合金10％Mn 3.0％纯镁锭 0.3％铝锆合金4％Zr 3.3％铝钒合金4％V 3.3％铝钛硼合金 5％Ti，1％B5.0％铝钪合金3％Sc 0.2％第二步熔炼合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼。铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720℃加铝铜合金；740℃加铝钛硼合金后搅拌3min。730～740℃精炼除气(精炼剂为商品精炼剂)，静置8min，除渣，加少量覆盖剂，加纯镁锭和铝钪合金，静置5min，搅拌均匀后在730℃浇注。
通过上述步骤获得的合金材料含有Al 93.2％(质量)，Cu 5.5％(质量)，Mn 0.3％(质量)，Mg 0.3％(质量)，Ti 0.25％(质量)，B 0.05％(质量)，Zr 0.13％(质量)，V 0.13％(质量)，Sc 0.005％(质量)，杂质0.1％(质量)。合金材料的抗拉强度为425Mpa，伸长率为13.9％，热裂环宽度为20mm。
实施例二步骤一配料用量如下成分 规格质量百分比用量纯铝锭A0068.3％
铝铜合金50％Cu 12.0％铝锰合金10％Mn 2.0％纯镁锭 0.2％铝锆合金4％Zr 1.3％铝钒合金4％V 12.5％铝钛硼合金 5％Ti，1％B2.0％铝钪合金3％Sc 1.7％第二步熔炼合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼。铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720℃加铝铜合金；740℃加铝钛硼合金后搅拌3min。730～740℃精炼除气(精炼剂为商品精炼剂)，静置8min，除渣，加少量覆盖剂，加纯镁锭和铝钪合金，静置5min，搅拌均匀后在730℃浇注。
通过上述步骤获得的合金材料含有Al 92.9％(质量)，Cu 6.0％(质量)，Mn 0.2％(质量)，Mg 0.2％(质量)，Ti 0.1％(质量)，B 0.01％(质量)，Zr 0.05％(质量)，V 0.50％(质量)，Sc 0.05％(质量)，杂质0.1％(质量)。合金材料的抗拉强度为428Mpa，伸长率为12.5％，热裂环宽度为17.5mm。
实施例三步骤一配料用量如下成分规格质量百分比用量纯铝锭 A00 56.1％铝铜合金50％Cu 8％铝锰合金10％Mn 8％
纯镁锭 0.8％铝锆合金 4％Zr 12.5％铝钒合金 4％V 1.3％铝钛硼合金5％Ti，1％B10％铝钪合金 3％Sc 3.3％第二步熔炼合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼。铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720℃加铝铜合金；740℃加铝钛硼合金后搅拌3min。730～740℃精炼除气(精炼剂为商品精炼剂)，静置8min，除渣，加少量覆盖剂，加纯镁锭和铝钪合金，静置5min，搅拌均匀后在730℃浇注。
通过上述步骤获得的合金材料含有Al 93.0％(质量)，Cu 4.0％(质量)，Mn 0.8％(质量)，Mg 0.8％(质量)，Ti 0.50％(质量)，B 0.10％(质量)，Zr 0.50％(质量)，V 0.05％(质量)，Sc 0.10％(质量)，杂质0.1％(质量)。合金材料的抗拉强度为420Mpa，伸长率为12.8％，热裂环宽度为17.5mm。
权利要求
1.一种高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料，其特征在于其成分及其质量百分比含量如下Cu4.0～6.0％Mn0.2～0.8％Mg0.2～0.8％Ti0.1～0.5％B: 0.01～0.10％Zr0.05～0.50％V 0.05～0.50％Sc0.005～0.10％其余为铝和不可避免的微量杂质。
全文摘要
一种高强韧和低热裂倾向的铸造铝基合金材料,其成分及其质量百分比含量为:4.0～6.0%的Cu,0.2～0.8%的Mn,0.2～0.8%的Mg,0.1～0.5%的Ti,0.01～0.10%的B,0.05～0.50%的Zr,0.05～0.50%的V,0.05～0.30%的Sc,其余为铝和不可避免的微量杂质,这种合金材料具有强度高、塑性好、热裂倾向小、成本较低等优点。
文档编号C22C21/12GK1332260SQ0112765
公开日2002年1月23日 申请日期2001年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者李元元, 郭国文, 张卫文, 罗宗强, 夏伟 申请人:华南理工大学