一种铝铜镁合金及其加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及金属材料技术技术领域，特别涉及铝铜镁合金及其加工工艺。本发明专利技术的铝铜镁的成分为：铜2‑3％、锌1.5‑2.5％、镁1.5‑2.0％、锆0.2‑0.5％、稀土元素0.1‑0.2％，其余为Al。本发明专利技术提出了一种低铜含量高强度铝铜镁锆合金，大幅度降低合金中Cu元素的用量，添加少量Zr元素和稀土元素改性，配合熔化、成型、热处理等工艺，获得具有超细晶粒的微观组织，既降低了制作成本与合金密度，同时又能满足工业应用要求。

An aluminum copper magnesium alloy and its processing technology

【技术实现步骤摘要】
一种铝铜镁合金及其加工工艺
本专利技术金属材料
，特别涉及一种铝铜镁合金及其加工工艺。
技术介绍
铝铜镁合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝铜镁合金焊接结构件的需求日益增多，使铝铜镁合金的焊接性研究也随之深入。由于纯铝的强度很低，退火状态σb值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝铜镁合金，通过改变铝铜镁合金中合物质的成分，可得到不同性能的铝铜镁合金产品，以应用于各种不同的领域的环境中。铝铜镁合金具有中等强度、耐热性好、比强度高、抗疲劳性和断裂韧性等优点，已经成功应用于波音777、空客A380等的蒙皮、隔框等部件，以及汽车覆盖件等结构件。随着飞机航速的提高，其将逐渐难以满足航空工业的使用要求，可以预见，该合金未来主要的应用将是汽车工业。为了保证铝铜镁合金的力学性能指标，要求保证合金中的Cu含量在4.0-5.0％之间，Mg含量一般为1.5-2.0％。合金的力学性能受到合金组分以及其加工工艺的影响，比如：1.合金的组成元素中，Cu是铝铜镁合金中核心合金化元素，但Cu的密度较高，价格较贵，大量添加Cu元素会增加铝铜镁合金的密度，且会提高其生产成本，不利于推广应用，而Cu元素含量过低一般不能满足力学性能要求；2.常规加工工艺为使用中低温活化技术制备合金，其各个合金原料活化程度不够，影响后续的熔融处理步骤，进而影响合金的力学性能，致使合金容易磨损，进一步增加了产品的生产成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种铝铜镁合金及其加工工艺，通过大幅度降低合金中Cu元素的用量，添加少量Zr元素和稀土元素改性，配合熔化、成型、热处理等工艺，获得具有超细晶粒的微观组织，既降低了制作成本与合金密度，同时又能满足工业应用要求。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝铜镁合金，所述铝铜镁的成分为：铜2-3％、锌1.5-2.5％、镁1.5-2.0％、锆0.2-0.5％、稀土元素0.1-0.2％，其余为Al。本专利技术中，进一步地，所述稀土元素由以下重量份的原料组成：镧2-3份、铈1-2份、钕1.5-2.5份、钐0.8-1.8份、镨0.5-1.2份和铕1-1.8份。本专利技术还提供一种铝铜镁合金的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤：(1)称料：按铝铜镁合金成分的质量百分比称料；(2)熔化：将铝铜镁合金的组成成分放入熔炼炉中，再向熔炼炉中加入合金总质量0.1-0.2倍的助融组合物，然后将熔炼炉内部温度升至540-560℃，接着往熔炼炉中通入惰性气体，使熔炼炉中的物料在压力为5-12MPa的条件下活化处理8-10h，接着升温至700-720℃后在该温度下进行熔融处理9-12h，得到合金熔体；(3)成型：将所得合金熔体过滤后通过惰性气体雾化，同时接收盘在电机的驱动下转动，并以每秒22-30mm的速度下拉，制成合金胚锭，合金胚锭冷却后取出，加热至温度为400-420℃，在压力为110-120MPa环境下保温、保压7-9小时，得到合金材料；(4)热处理：将步骤(3)所述合金材料依次进行均匀化热处理、再退火处理及硬化热处理，所述硬化热处理包括固溶处理和时效处理；所述固溶处理的温度为600-700℃，时间1-2h；所述时效处理的温度为120-220℃，时间3-8h；经过上述处理后获得所述铝铜镁合金。本专利技术中，进一步地，所述助融组合物由以下重量份的原料组成：稀土化合物3-5份、月桂醇硫酸钠1-3份、硼酸三甲酯1-2份和晶粒细化剂1-3份。本专利技术中，进一步地，所述步骤(2)中的升温速率为35-45℃/min。本专利技术中，进一步地，所述步骤(2)-(3)中的惰性气体为氩气。本专利技术中，进一步地，所述稀土化合物通过以下方式得到：将稀土硝酸盐和无水乙醇按照质量比为1:1混合置于反应器内，调节反应液的pH值为7.5-8.0，加入石墨烯粉末，搅拌反应1.5-2.5h，接着在1500-1800r/min的转速下进行离心分离，将产物进行洗涤并干燥后，得到稀土化合物。本专利技术中，进一步地，所述搅拌反应的条件为：温度为40-48℃、远红外线照射功率为350-450w、超声功率为2000-2800w。本专利技术的稀土化合物是将稀土化合物溶于无水乙醇中，使稀土金属元素从固态转化成溶于溶液的离子；然后通过远红外线的活化作用，使溶液中的分子团通过吸收热能转化成小分子团，增加了石墨烯和稀土化合物间的接触面积，提高了稀土化合物的生成率；于此同时，在超声波的辅助下，能够使小分子团均匀振动和分散，不仅能够增加稀土化合物和石墨烯的接触面，增加稀土化合物生成率，还能够减小稀土化合物的粒径，有利于后续与合金中各个原料之间熔融。本专利技术中，进一步地，所述晶粒细化剂通过以下方式得到：将硫化锌水溶液以1-2mL/min的速度滴入氢氧化钠水溶液中，其中，硫酸锌水溶液与氢氧化钠水溶液的质量比为1:2-4；完成滴入操作后将混合溶液置于超声波清洗器中，在频率为45-55KHz的条件下振动45-55min，然后在温度为45-50℃、转速为120-180rpm的条件下搅拌1-2.5h，接着将所得溶液离心，将离心后的固相进行清洗、烘干水分，即可获得所得晶粒细化剂。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术提出了一种低铜含量高强度铝铜镁锆合金，大幅度降低合金中Cu元素的用量，添加少量Zr元素和稀土元素改性，配合熔化、成型、热处理等工艺，获得具有超细晶粒的微观组织，既降低了制作成本与合金密度，同时又能满足工业应用要求。2.本专利技术在高温高压条件下对铝铜镁合金中的各个原料进行充分活化，具体是采用在540-560℃的高温和5-12MPa的高压的技术条件下对各个原料进行活化处理，能够通过高温高压条件，使各个原料内部的分子结构由于吸收热能而受到激发，进而使分子受到高效活化，产生的活化效果比常规温度(300-400℃)常规压力(2-4MPa)下进行活化处理的技术手段所产生的效果要好，结合助融组合物的加入，有利于原料之间的融合，降低各个原料之间的作用力，提高各个原料的熔融效率，缩短了熔融所需的时间，进而有利于实现铝铜镁铜镁合金力学性能的提高。在活化处理过程中采用助融组合物和限定活化参数等手段相互配合，能够共同提高铝铜镁铜镁合金的力学性能，所产生的总体效果远远高于单个技术手段所产生的效果的简单加和。3.本专利技术的助融组合物由稀土化合物、月桂醇硫酸钠和晶粒细化剂组成，其中，加入稀土化合物能通过降低合金中各个原料之间的作用力，促进原料之间的相互融合，提高熔融效率；加入的月桂醇硫酸钠与本配方的稀土化合物一起使用，可提高铝铜镁合金材料的强度和屈服极限，提高了铝铜镁合金材料的抗拉强度、延伸率；加入晶粒细化剂与本配方的稀土元素一起使用，可以在晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使得铝铜镁合金晶粒细化，有利于铝铜镁合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝铜镁合金，其特征在于，所述铝铜镁的成分为：铜2-3％、锌1.5-2.5％、镁1.5-2.0％、锆0.2-0.5％、稀土元素0.1-0.2％，其余为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝铜镁合金，其特征在于，所述铝铜镁的成分为：铜2-3％、锌1.5-2.5％、镁1.5-2.0％、锆0.2-0.5％、稀土元素0.1-0.2％，其余为Al。


2.根据权利要求1所述的铝铜镁合金，其特征在于，所述稀土元素由以下重量份的原料组成：镧2-3份、铈1-2份、钕1.5-2.5份、钐0.8-1.8份、镨0.5-1.2份和铕1-1.8份。


3.根据权利要求1-2任一项所述的一种铝铜镁合金的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括以下步骤：
(1)称料：按铝铜镁合金成分的质量百分比称料；
(2)熔化：将铝铜镁合金的组成成分放入熔炼炉中，再向熔炼炉中加入合金总质量0.1-0.2倍的助融组合物，然后将熔炼炉内部温度升至540-560℃，接着往熔炼炉中通入惰性气体，使熔炼炉中的物料在压力为5-12MPa的条件下活化处理8-10h，接着升温至700-720℃后在该温度下进行熔融处理9-12h，得到合金熔体；
(3)成型：将所得合金熔体过滤后通过惰性气体雾化，同时接收盘在电机的驱动下转动，并以每秒22-30mm的速度下拉，制成合金胚锭，合金胚锭冷却后取出，加热至温度为400-420℃，在压力为110-120MPa环境下保温、保压7-9小时，得到合金材料；
(4)热处理：将步骤(3)所述合金材料依次进行均匀化热处理、再退火处理及硬化热处理，所述硬化热处理包括固溶处理和时效处理；所述固溶处理的温度为600-700℃，时间1-2h；所述时效处理的温度为120-220℃，时间3-8h；经过上述处理后获得所述铝铜镁合金。


4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙有平，杨春洋，李冰，何江美，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45