專利名稱：一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋁銅合金技術領域，特指一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的 方法。
背景技術：
所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時，因其自由膨脹、收縮受到了約束而產(chǎn)生循 環(huán)應力或循環(huán)應變，最終導致龜裂而破壞的現(xiàn)象。熱疲勞裂紋的擴展與熱疲勞裂紋的萌生 一樣，反映了材料抵抗熱疲勞破壞的能力。有些材料盡管裂紋萌生壽命較長，但因其裂紋擴 展速率快，材料也會很快失效；而有些材料盡管裂紋較早萌生，但由于裂紋擴展緩慢，甚至 停止擴展，其實際使用壽命也較長。材料在實際使用過程中，其使用壽命更大程度取決于熱 疲勞裂紋的擴展壽命，因此對熱疲勞裂紋擴展的研究具有實際意義。熱疲勞的影響因素可分為材料內(nèi)部因素(化學成分、力學性能和熱處理制度等) 和材料服役的外部因素(服役溫度、加熱冷卻速度、保持時間、外部環(huán)境等)。在特定的工況 下，外部因素是一定的。因此，了解材料內(nèi)部因素對熱疲勞抗力的影響就可使材料的熱疲勞 抗力相應提高。元素對熱疲勞性能的影響取決于其存在狀態(tài)。合金元素形成的化合物，其類型、尺 寸、形狀、數(shù)量和熱穩(wěn)定性與熱疲勞抗力密切相關。一些零散的分布于各資料中的信息表 明，人們對熱疲勞過程中合金元素的影響的研究并不系統(tǒng)?？偟膩碚f，稀土、Ti、Mn、W、Cr、 Mo、V等合金元素含量在一定范圍內(nèi)時有利于提高材料的熱疲勞抗力，反之有害。稀土元素在黑色金屬中的應用，國內(nèi)外在這方面已經(jīng)做了大量工作，并且成熟的 運用于鋼鐵工業(yè)中。在鑄鋼和鑄鐵中稀土的應用已十分廣泛，但在鋁合金中的應用還很少。 近年來人們發(fā)現(xiàn)稀土能在鋁合金中形成金屬間化合物，使晶界強化，并提高合金的耐熱性。 加入什么稀土元素、什么樣的加入量可以即提高合金機械性能，又提高熱疲勞性能的效果 呢？這方面國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)的研究。針對這一問題，本發(fā)明開發(fā)了一種加入鈰提高鋁銅 合金熱疲勞性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法。其特征在 于選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù)):Cu4. 5%,Mn0.4%,Ti0. 35%,CeO. 1_0.6%，其余為 Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁 錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后 澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40 X 10 X 5mm，是有預制裂紋的缺口試樣， 缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前，用砂紙磨去試樣表面機械加工痕跡并拋 光，以消除試樣表面因素對試驗結果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)。從圖2和表1可以看出，冷熱循環(huán)4000次時，裂紋已經(jīng)開始萌生，但是擴展的速率 都很緩慢，相比較而言，加入Ce 0. I0AXe 0. 5%和Ce 0. 6%擴展速率快，加入Ce 0. 3%擴
展速率慢。從圖3可見表1可以看出，當冷熱循環(huán)次數(shù)達到6000次時，各試樣的熱疲勞裂紋 在長度、寬度及深度等方面繼續(xù)發(fā)展，裂紋變得更加粗大清晰。加入CeO. 1%、Ce 0.5%和 Ce 0.6%的裂紋變得更加粗大，裂紋尖端的分枝繼續(xù)擴展，且裂紋的縫隙內(nèi)出現(xiàn)明顯的氧 化跡象。加入Ce 0. 3%的主裂紋形成可擴展裂紋，且較為均衡的擴展，其附近出現(xiàn)一些不連 續(xù)、不規(guī)則的微裂紋，主裂紋相對其他加入量的擴展較慢。比較每種組織的裂紋，發(fā)現(xiàn)加入 Ce 0.1%、Ce 0. 5%和Ce 0. 6%的最長且最粗，加入CeO. 3%的最短而最細。上述鋁銅錳鈦鈰合金中，鈰的加入量可優(yōu)選為CeO. 3%。


圖1熱疲勞試樣示意2熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)4000次)a、Ce 0. 1% ；b、Ce 0. 3% ；c、Ce 0. 6%圖3熱疲勞裂紋形貌(冷熱循環(huán)6000次)a、Ce 0. 1% ；b、Ce 0. 3% ；c、Ce 0. 6%
具體實施例方式實施例1選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù)):Cu4. 5%，Mn0.4%，Ti0. 35%，CeO. 1%，其余為 Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁 錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后 澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40 X 10 X 5mm，是有預制裂紋的缺口試樣， 缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前，用砂紙磨去試樣表面機械加工痕跡并拋 光，以消除試樣表面因素對試驗結果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Ce 0. 1 %的熱疲勞裂紋長且粗，由表1可見，加入CeO. 1 % 時，冷熱循環(huán)6000次時合金熱疲勞裂紋擴展達到20. 32mm。實施例2選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù)):Cu4. 5%，Mn0.4%，Ti0. 35%，CeO. 3%，其余為 Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁 錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后 澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40 X 10 X 5mm，是有預制裂紋的缺口試樣， 缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前，用砂紙磨去試樣表面機械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結果的影響。 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Ce 0. 3%的熱疲勞裂紋短而細，由表1可見，加入CeO. 3% 時，冷熱循環(huán)6000次時合金熱疲勞裂紋擴展達到13. 41mm。實施例3選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù))Cu4.5%，Mn0.4%，Ti0.35%，Ce0.6%，其余為 Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁 錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后 澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40 X 10 X 5mm，是有預制裂紋的缺口試樣， 缺口長3mm，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗前，用砂紙磨去試樣表面機械加工痕跡并拋 光，以消除試樣表面因素對試驗結果的影響。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到 試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)。由圖2、圖3可見，加入Ce 0. 6%的熱疲勞裂紋長且粗，由表1可見，加入CeO. 6% 時，冷熱循環(huán)6000次時合金熱疲勞裂紋擴展達到24. 75mm。表1熱疲勞裂紋擴展數(shù)據(jù)(mm)
權利要求
一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法，其特征在于選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù))Cu4.5％，Mn0.4％，Ti0.35％，Ce0.1 0.6％，其余為Al；合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣；熱疲勞試樣規(guī)格為40×10×5mm，是有預制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm；試驗前，用砂紙磨去試樣表面機械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對試驗結果的影響。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法，采用電阻 爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，板狀試樣裝卡在立方卡具的四個側(cè)面，保證 每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到試樣加熱以及冷 卻的自動化完成；采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25°C至加熱300°C之 間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)；當冷熱循環(huán)次數(shù)達到6000次時，比較每種組 織的裂紋，發(fā)現(xiàn)加入Ce 0. l%、Ce05%和Ce 0. 6%的最長且最粗，加入CeO. 3%的最短而最 細。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法，鈰的加入 量可優(yōu)選為0.3%。
全文摘要
一種加入鈰提高鋁銅錳鈦合金熱疲勞性能的方法，屬于鋁銅合金技術領域，其特征在于選取合金化學成分為(質(zhì)量分數(shù))Cu4.5％，Mn0.4％，Ti0.35％，Ce0.1-0.6％，其余為Al。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測定，熔煉時，在坩堝中依次放入鋁、銅、鋁錳中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈰中間合金，加熱至熔化，除氣精煉，約5分鐘后扒渣，然后澆注，空冷后制取熱疲勞試樣。熱疲勞試樣規(guī)格為40×10×5mm，是有預制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗，設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在水溫25℃至加熱300℃之間進行冷熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)。
文檔編號C22C21/12GK101956106SQ201010508930
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
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