一种具有抗热裂性能的Al-Cu-Mn铸造合金及其制备方法

本发明涉及有色金属，尤其涉及一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金及其制备方法。

背景技术：

1、al-cu-mn系铸造铝合金，因其具有良好的力学性能、较高的强度、很好的延展性和塑性以及较好的高温性和易切削加工性等优点，在汽车、航空、航天等领域有广泛的潜在应用前景。铝合金铸件在现代汽车制造领域具有广泛的应用，随着铝合金一体化压铸技术的快速发展。一方面，铸造铝合金中添加了较多cu元素，虽然提高了铝合金力学性能，但降低了其抗热裂性能；另一方面，压铸件尺寸日趋大型化，加上结构复杂，在其压铸凝固过程中不可避免产生显著应力。因此对铸造铝合金材料的抗热裂性能提出了巨大的挑战。

2、由于前期关于铝合金微合金化的研究多为成分-组织-力学性能关系的探索，关于铸造性能的影响鲜见报道，因此，如何改善铸造铝合金的抗热裂性是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金及其制备方法，解决现有铸造铝合金抗热裂性能差的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金，按质量百分比计包括：

4、cu 5～6％，mn 0.5～0.6％，ti 0.1～0.2％，er 0.01～0.1％，zr 0.1～0.2％，其余为al。

5、本发明还提供了一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，包括以下步骤：

6、将al、al-cu中间合金、al-mn中间合金、al-er中间合金、al-ti中间合金、al-zr中间合金混合进行熔炼，经降温、保温静置得到合金熔体，然后进行铸造得到al-cu-mn铸造合金。

7、优选的，在上述一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法中，所述熔炼的温度为760～800℃。

8、优选的，在上述一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法中，所述合金熔体的温度为700～750℃。

9、优选的，在上述一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法中，所述铸造为压力铸造、挤压铸造和重力铸造中的一种。

10、优选的，在上述一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法中，所述熔炼结束后，还包括：搅拌、除气。

11、优选的，在上述一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法中，所述保温静置的时间为8～15min。

12、本发明通过调整铝合金化学成分，使其在高温状态下析出第二相质点，且质点与铝合金的晶格参数相近，可以通过共格关系实现异质形核，含有大量均匀分布异质形核质点的铝合金熔体在浇铸过程中可获得凝固组织明显细化的效果，从而显著提高铝合金抗热裂性能。具体地，在熔炼铸造铝合金过程中添加er、zr，通过搅拌、除气和降温静止等操作，获得合金熔体，并使其在高温状态下析出第二相质点(如al3zr，al3(er、zr)等)，为异质形核提供条件。当含有大量均匀分布异质形核质点的铝合金熔体被浇入模具并凝固时，可获得显著凝固组织细化，从而显著提高铝合金抗热裂性能。

13、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、(1)本发明中，采用er和zr元素的复合添加，提升了合金在糊状区的韧性，进一步提升了合金在半固态时期热裂纹萌发的难度，提高了合金的抗热裂性，从而实现含er、zr的al-cu-mn铸造铝合金的抗热裂性能。

15、(2)本发明通过调整微量元素添加量、合金熔体处理温度，可实现对铝合金微观组织和抗热裂性能的有效控制，提升抗热裂性能及力学性能，获得凝固组织细化、铸造热裂纹消除的高质量铝合金铸件。该方法也可用于挤压铸造或重力铸造前的熔体处理过程，适合在铸造铝合金领域推广使用。

技术特征：

1.一种具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金，其特征在于，按质量百分比计包括：

2.权利要求1所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为760～800℃。

4.根据权利要求3所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，所述合金熔体的温度为700～750℃。

5.根据权利要求4所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，所述铸造为压力铸造、挤压铸造和重力铸造中的一种。

6.根据权利要求5所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼结束后，还包括：搅拌、除气。

7.根据权利要求5或6所述的具有抗热裂性能的al-cu-mn铸造合金的制备方法，其特征在于，所述保温静置的时间为8～15min。

技术总结
本发明属于有色金属技术领域，公开了一种具有抗热裂性能的Al‑Cu‑Mn铸造合金及其制备方法。该具有抗热裂性能的Al‑Cu‑Mn铸造合金，按质量百分比计包括：Cu 5.0～6.0％，Mn 0.5～0.6％，Ti 0.1～0.2％，Er0.01～0.1％，Zr 0.1～0.2％，其余为Al。本发明通过调整微量元素添加量、熔体处理温度，可实现对铝合金微观组织和抗热裂性能的有效控制，获得凝固组织细化、铸造热裂纹消除的高质量铝合金铸件。该方法也可用于挤压铸造或重力铸造前的熔体处理过程，适合在铸造铝合金领域推广使用。

技术研发人员：黄晖,郑志浩,荣莉,陈炯燊,马晨曦,魏午,文胜平,吴晓蓝,高坤元,聂祚仁
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29