專利名稱：：一種高耐熱性Al-Cu-Mg-Ag合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種Al-Cu-Mg-Ag合金，特別涉及具有高耐熱性的Al-Cu-Mg-Ag合金。技術(shù)背景近年來，國內(nèi)外對高Cu/Mg比的Al-Cu-Mg-Ag系合金進行了研究，發(fā)現(xiàn)該合金具有良好的熱穩(wěn)定性、耐蝕性、斷裂韌性、耐損傷性能和成型加工性能，是最有希望成為飛機蒙皮材料的新型耐熱、耐損傷鋁合金。在一定的合金元素含量及熱處理工藝條件下，Al-Cu-Mg-Ag耐熱合金中可以析出一種新型的強化相一Q相，該耐熱相能夠在20(TC下長期穩(wěn)定存在而不粗化和聚集長大，使得該合金在20(TC下甚至20(TC以上長期服役成為可能。在A1-Cu-Mg三元合金中，Mg與Cu形成Mg-Cu原子團簇，使得Mg原子數(shù)量減少，因而Q相的形核位置明顯減少；而在Al-Cu-Mg-Ag合金中，加入Ag元素之后，由于Ag原子和Mg原子反應(yīng)相當強烈，故Ag俘獲Mg原子形成Ag-Mg原子團簇，利于Q相的形核。因此控制Al-Cu-Mg-Ag系合金的Mg、Ag元素含量，獲得適當?shù)腁g/Mg原子比，將有利于析出彌散細小的Q相?，F(xiàn)有的Al-Cu-Mg-Ag系合金的Ag含量大多為0.5%wt，在200°C以上溫度長時間持久或者蠕變會使其耐熱相一Q相逐漸聚集粗化，進而使合金的熱穩(wěn)定性下降。究其原因，可能是因為Ag/Mg原子比搭配不當，致使在高溫下合金基體中的Ag-Mg原子團簇因原子擴散而逐漸被打散，使得Q相的形核位置減少，而原有的Q相逐漸粗化，所以合金中Q相的總體數(shù)量和密度下降。因此，如何控制此合金中各微量元素的含量及比例，使其在150。C-275X:時長時間熱暴露或持久而不失效，是提高Al-Cu-Mg-Ag系合金熱組織性能研究中所亟需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是適當調(diào)整Al-Cu-Mg-Ag系合金中各微量元素的含量及比例，使Al-Cu-Mg-Ag系合金在高溫下?lián)碛懈嗟腝相，使合金基體獲得細小彌散的強化組織，從而使合金具有優(yōu)異的室溫力學性能、高溫持久性能、高溫短時拉伸性能和良好的長時間熱暴露后的組織性能。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，發(fā)明人提出一種Al-Cu-Mg-Ag合金，該合金各元素的質(zhì)量百分比含量為Cu4.66.6。/o，Mg0.4~0.65%，Agl~1.5%，F(xiàn)e00.06%，Si00.06%，Mn0.25~0.35%，Zr0.1~0.2%，余量為Al。在本發(fā)明中，Ag的質(zhì)量百分比含量最好為1.31.5%，Ag/Mg原子比最好為0.5~1左右。與現(xiàn)有Al-Cu-Mg-Ag合金相比，本發(fā)明將合金中Ag含量提高，并適當提高Ag/Mg原子比，這樣能使合金基體中具有更多的Q相形核位置，使合金在高溫下?lián)碛懈嗟腝相，合金基體中獲得大量彌散細小的強化相，從而使合金具有優(yōu)異的高溫短時拉伸性能、高溫持久性能和良好的長時間熱暴露后的組織性能、穩(wěn)定性能，并且合金的室溫力學性能也優(yōu)于現(xiàn)有Al-Cu-Mg-AgA會通過實驗表明相同熱處理條件下，本發(fā)明的合金經(jīng)高溫短時拉伸后的抗拉強度、屈服強度均優(yōu)于Ag含量為0.5。/。左右的Al-Cu-Mg-Ag合金，遠優(yōu)于2024等常用2XXX系鋁合金；本發(fā)明的合金經(jīng)不同的溫度和時間熱暴露后的抗拉強度、屈服強度均優(yōu)于Ag含量為0.5%左右的Al-Cu-Mg-Ag合金；本發(fā)明的合金經(jīng)不同的溫度和載荷高溫持久的時間優(yōu)于Ag含量為0.5%左右的Al-Cu-Mg-Ag合金，但其斷后延伸率低于Ag含量為0.5%左右的Al-Cu-Mg-Ag合金；本發(fā)明合金的室溫抗拉強度、屈服強度均優(yōu)于Ag含量為0.5%左右的Al-Cu-Mg-Ag合金。圖1是1#合金和2#合金在150°C、200°C、25(TC和275。C的高溫短時拉伸性能圖；圖2是1#合金和2#合金在2001:長時間熱暴露后的剩余室溫力學性能圖；圖3是1#合金和2弁合金在25(TC時效后的室溫力學性能圖；圖4是3#合金和4#合金在20(TC時效后的室溫力學性能圖；圖5(a)和圖5(b)分別是1#合金和2#合金在250。C時效0.5h后的晶內(nèi)TEM照片。具體實施方式實施例中各合金的具體成分和編號如表1所示，其中1#和3#為本發(fā)明的實施例，2#和4#為對比例。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例l:按表1配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515'C固溶6小時并水淬，然后在165'C時效2小時，油浴緩冷。將兩種合金分別在150°C、20(TC、25(TC和275"保溫15分鐘后進行高溫短時拉伸。經(jīng)15(TC拉伸后，1#合金的抗拉強度為390MPa，2#合金的抗拉強度為325MPa。兩種合金經(jīng)200。C、200°C、25(TC和275。C拉伸后的抗拉強度，屈服強度和延伸率如附圖1所示。數(shù)據(jù)表明在相同熱處理條件下，高Ag合金的高溫短時拉伸性能優(yōu)于低Ag合金，這是由于高Ag合金中的Ag為Q強化相的形核提供了位置，在高溫短時拉伸過程中，Q強化相的聚集粗化程度不明顯，因而仍然有較高的抗拉強度和屈服強度。按表1配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515。C固溶6小時并水淬，然后在165"C時效2小時。經(jīng)過該處理后的兩種合金分別在20(TC進行高溫持久實驗。實驗結(jié)果為W合金在20(TC，200100小時的持久強度極限為240Mpa，即CT'。。=240Mpa;2#合金在200°C，100小時的持久強度極限為220Mpa，即^。o。o二220Mpa。數(shù)據(jù)表明在相同熱處理條件下，高Ag合金的高溫持久性能優(yōu)于低Ag合金。實施例3:按表1配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515'C固溶6小時并水淬，然后在165'C時效2小時。經(jīng)過該處理的兩種合金分別在200'C進行熱暴露實驗，熱暴露時間依次為10小時，20小時，50小時，80小時和100小時。熱暴露完畢之后，對試樣進行室溫力學拉伸。實驗結(jié)果為1#合金經(jīng)10小時，20小時，50小時，80小時和100小時熱暴露之后的抗拉強度依次為469.16MPa，453.16MPa，449.08MPa，431.22MPa和425.24MPa，屈服強度依次為450.37MPa，442.44MPa，435.06MPa，410.55MPa和391.25MPa，延伸率依次為5.92%，6.04%，5.96°/。，6.54%和6.32%;2#合金經(jīng)10小時，20小時，50小時，80小時和IOO小時熱暴露之后的抗拉強度依次為432.89MPa，425.05MPa，423.54MPa，379.68MPa和348.15MPa，屈服強度依次為412.90MPa，403.65MPa，403.60MPa，352.69MPa和321.62MPa，延伸率依次為6.64°/。，6.52%，7.48%,7.32%和6.58%。具體如附圖2所示。數(shù)據(jù)表明在相同熱處理條件下，高Ag合金在熱暴露一定時間之后的抗拉強度和屈服強度均高于熱暴露相同時間的低Ag合金。實施例4:按表1配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515"C固溶6小時并水淬，然后在25(TC時效，時效時間點依次選取5分鐘，IO分鐘，30分鐘，l小時，2小時，4小時。經(jīng)過上述處理后的兩種合金分別在室溫下進行力學拉伸實驗。實驗結(jié)果為1#合金在時效約IO分鐘后達到峰時效，其峰時效抗拉強度為498.68MPa，屈服強度為470.36MPa，延伸率為9.94%;2#合金的峰時效抗拉強度為475MPa，屈服強度為442.55MPa，延伸率為12.32%，具體如附圖3所示。兩種合金在25(TC時效30分鐘后的透射電鏡照片如附圖5所示，由圖可以看出1#合金25(TC時效0.5h時的TEM照片中的強化相Q相相對細小彌散，密度大，粗化并不嚴重，基體上有些許e'相(Al2Cu)析出，細小的Q相也有利于阻礙位錯運動，提高合金抗拉強度。而對于2#合金而言，基體中的Q相粗化程度相對較大，基體上也有些許e'相(Al2Cu)析出。實驗結(jié)果表明在相同熱處理條件下，高Ag合金的室溫力學性能優(yōu)于低Ag合金。實施例5:按表l配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515"C固溶6小時并水淬，然后在20(TC時效2小時。經(jīng)過該處理后的兩種合金分別在25(TC進行高溫持久實驗。實驗結(jié)果為3^合金在25(TC，250100小時的持久強度極限為140Mpa，即。-140Mpa;4#合金在250°C，50250小時的持久強度極限為140Mpa，即&。=i40Mpa。數(shù)據(jù)表明在相同熱處理條件下，高Ag合金的高溫持久性能優(yōu)于低Ag合金。實施例6:按表l配比各合金元素，經(jīng)熔煉鑄造法制備1#和2#合金鑄錠，熱軋成薄板材，在515"C固溶6小時并水淬，然后在200'C時效，時效時間點依次選取5分鐘，IO分鐘，30分鐘，1小時，2小時，4小時，6小時，8小時，10小時和12小時。經(jīng)過該處理后的兩種合金分別在室溫下進行力學拉伸實驗。實驗結(jié)果為3#合金在時效約1小時后達到峰時效，其峰時效抗拉強度為535.84MPa，屈服強度為517.15MPa，延伸率為7.68%;4#合金的峰時效抗拉強度為522.86MPa，屈服強度為505.55MPa，延伸率為7.28%。具體如附圖4所示。數(shù)據(jù)表明在相同熱處理條件下，高Ag合金的室溫力學性能優(yōu)于低Ag合金。權(quán)利要求1.一種高耐熱性Al-Cu-Mg-Ag合金，其特征在于所述合金中各元素的質(zhì)量百分比含量為Cu4.6～6.6％，Mg0.4～0.65％，Ag1～1.5％，F(xiàn)e0～0.06％，Si0～0.06％，Mn0.25～0.35％，Zr0.1～0.2％，余量為Al。2.如權(quán)利要求l所述的合金，其特征在于所述合金中Ag的質(zhì)量百分比含量為1.3~1.5%，Ag/Mg原子比為0.5-1。全文摘要本發(fā)明公開了一種高耐熱性Al-Cu-Mg-Ag合金，合金中各元素的質(zhì)量百分比含量為Cu4.6％～6.6％，Mg0.4～0.65％，Ag1～1.5％，F(xiàn)e0～0.06％，Si0～0.06％，Mn0.25～0.35％，Zr0.1～0.2％，余量為Al。本發(fā)明將合金中Ag含量提高，并適當提高Ag/Mg原子比，使合金基體中具有更多的Ω相形核位置，合金在高溫下?lián)碛懈嗟摩赶?，合金基體中獲得大量彌散細小的強化相，從而使合金具有優(yōu)異的高溫短時拉伸性能、高溫持久性能和良好的長時間熱暴露后的組織性能、穩(wěn)定性能，并且合金的室溫力學性能也優(yōu)于現(xiàn)有Al-Cu-Mg-Ag合金。文檔編號C22C21/16GK101245430SQ200810030979公開日2008年8月20日申請日期2008年4月2日優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日發(fā)明者劉延斌,劉志義,杰周,夏卿坤,李云濤,馬飛躍申請人:中南大學