权利要求
1.一种高温高强度耐热
铝合金，其特征在于：以Al-6%Cu-1.5%Zn-0.5%Mg为基体，添加Mn元素和Cr元素，使用中频感应加热装置制备目标合金，并在铸造和机加工后，采用JINDUN金顿热处理设备对铝合金铸锭进行T6工艺处理。
2.根据权利要求1所述的一种高温高强度耐热铝合金，其特征在于：铝
铜合金的成分为Al-xCu-yZn-zMg-mMn-nCr,其中x=5.5%-6.5%,y=1%-2%,z=0.3%-0.8%,m=0.1%-0.5%,n=0.1%-0.5%。
3.根据权利要求1所述的一种高温高强度耐热铝合金，其特征在于：添加的金属为纯
锌粒、纯镁粒、纯
铝锭、Al-10Mn中间合金、Al-10Cr中间合金。
4.根据权利要求1所述的一种高温高强度耐热铝合金，其特征在于：制备流程为将表面涂覆Na2O·SiO2-ZnO2防护层并经120℃烘干的
石墨坩埚置于中频感应炉内，启动冷却水循环系统后通电升温，分批加入
高纯铝粒(≥99.9%)至完全熔化，随即进行首次熔体搅拌(30r/min)及表面氧化渣清除;待热电偶测得熔体温度达780-800℃时，分次加入纯铜板(≥99.95%)，降温至780℃后继续投入Al-10Mn、Al-10Cr中间合金颗粒(10-15mm)，完成后立即覆盖8g NaCl-KCl混合熔盐(0.5-1mm)并保温10分钟;保温结束后依次进行二次除渣及温度检测，当熔体降温至730℃时，分两次(间隔2分钟)压入总计6g六氯乙烷片剂进行深度精炼，每次精炼后需保持2分钟静置并彻底除渣;最终将750℃的合金熔体浇注入250℃预热的铸铁模具(浇速100g/s)，自然冷却至150℃后脱模，获得Φ80×120mm的标准铸锭。
5.根据权利要求1所述的一种高温高强度耐热铝合金，其特征在于：石墨坩埚、浇铸模具等高温接触部件表面需均匀涂布Na2O·SiO2:ZnO2=1:3的水基涂覆剂，且需在120℃下进行烘干处理。
6.根据权利要求4所述的合金制备过程，其特征在于，其特征在于：除气精炼剂为六氯乙烷，每包3.5g，共两包、合金熔体覆盖剂为KCl与NaCl，1:1均匀混合，各3g。
7.根据权利要求1所述T6工艺处理，其特征在于：固溶515℃X6h+水淬+时效170℃X12h。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种铝合金，一种高温高强度耐热铝合金。
背景技术
[0002]由于具备高抗拉强度、低密度、高抗氧化性能与高抗蠕变性能等优良特性，Al-6%Cu-1.5%Zn-0.5%Mg-0.15%Mn-0.15%Cr合金在一众的其他种类合金中以高性价比、高强度的显著优势被航空航天行业、一众顶尖车企与军工制造业列为制造高温环境下的零部件的首选材料。受限于目前的研究现状，市场上通用的牌号系列合金无法满足各行业面临的高温强度需求，现有牌号铝合金的使用温度由于牌号合金本身的特性被局限于250℃以下，无法达到多数行业的耐热部件性能要求，如军工行业的高超音速飞机的蒙皮材料、汽车行业的高温发动机耐热部件。归根结底，传统牌号耐热铝合金存在高温强化相热稳定性不足的致命缺陷，直接导致高温环境下传统铝合金内部的高温强化相在长时间服役的条件下发生粗化现象，最终引起铝合金本体的综合强度大幅度下降，基于当前情况，传统耐热铝合金的高温强化相改进已迫在眉睫，重点的改进方向为高温强化相热稳定性方面的提升方法，基于微观层面提升强化相的热稳定性后，才可以实现高温下基体合金的强度、稳定性的提升。
发明内容
[0003]本发明通过研究发现，在Al-Cu-Zn-Mg合金中添加Mn和Cr元素，能够显著细化合金的晶粒尺寸，促进强化相的均匀分布，并且有效提升强化相的热稳定性。特别是，Mn元素的加入可以促使合金的晶胞从胞状向枝晶形态转变，高效细化铸态晶粒;而Cr元素的加入则能够进一步优化合金的微观组织，抑制有害相的形成，显著提升合金的室温和高温力学性能。进一步地，通过特定的热处理工艺，包括固溶处理和时效处理，能够进一步优化合金的显微组织，使强化相更加细小弥散地分布在基体中，从而显著提升合金的强度和韧性。
[0004]特别是当Mn和Cr的添加量分别为0.15wt.%和0.15wt.%时，经过优化的热处理工艺处理后的Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn-0.15%Cr合金展现出最佳的力学性能：室温抗拉强度高达418.59MPa，高温(350℃)抗拉强度达到217.30MPa，相比未添加Mn和Cr的合金分别提升了7.78%和51.05%。这表明本发明的合金成分设计及制备工艺能够有效提高耐热铝合金的高温力学性能，为相关工业领域提供了性能更加优异的合金材料。
附图说明
[0005]图1为二次时效温度合金的高温力学拉伸性能应力-应变曲线;
图2为腐蚀图像。
具体实施方式
[0006]本发明实例中，一种高温高强度耐热铝合金，其特征在于：添加的金属为纯锌粒、纯镁粒、纯铝锭、Al-10Mn中间合金、Al-10Cr中间合金。
[0007]实施例1
一种高温高强度耐热铝合金，其制备流程为：
S1：将表面涂覆防护层并经120℃烘干的石墨坩埚置于中频感应炉内，启动冷却水循环系统后通电升温，分批加入高纯铝粒(≥99.9%)至完全熔化，随即进行首次熔体搅拌(30r/min)及表面氧化渣清除;
S2：待热电偶测得熔体温度达780-800℃时，分次加入纯铜板(≥99.95%)，降温至780℃后继续投入Al-10Mn、Al-10Cr中间合金颗粒(10-15mm)，完成后立即覆盖8g NaCl-KCl混合熔盐(0.5-1mm)并保温10分钟;
S3：保温结束后依次进行二次除渣及温度检测，当熔体降温至730℃时，分两次(间隔2分钟)压入总计6g六氯乙烷片剂进行深度精炼，每次精炼后需保持2分钟静置并彻底除渣;
S4：保温结束后依次进行二次除渣及温度检测，当熔体降温至730℃时，分两次(间隔2分钟)压入总计6g六氯乙烷片剂进行深度精炼，每次精炼后需保持2分钟静置并彻底除渣;
S5：最终将750℃的合金熔体浇注入250℃预热的铸铁模具(浇速100g/s)，自然冷却至150℃后脱模，获得Φ80×120mm的标准铸锭。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1) 在Al-6%Cu-1.5%Zn-0.5%Mg系列合金热处理态合金试样中添加Mn元素，分析微观层面Mn元素的强化机理，其本质为通过Mn元素的添加，Al-Cu-Zn-Mg合金的晶胞将经历基于胞状转换为枝晶形态的变化流程，此类变化的最大特征为合金中铸态晶粒的高效细化作用，其作用原理为合金内部富
锰化合物的形成，在整体的合金结晶过程中富集于晶界，在保证Mn元素的添加量浮动于一定合理化的范围时，含锰化合物将富集于晶界面，阻止如同等粗化相的晶粒的长大，而凝固后的晶粒将发挥同样的阻碍作用，为整体的组织细化贡献作用。铸态室温的Al-Cu-Zn-Mg合金在添加0.3wt.%Mn元素后，整体抗拉强度最大值为205.74 MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg合金基体性能增长23.01%。铸态高温的Al-Cu-Zn-Mg合金在添加0.3wt.%Mn元素后，整体抗拉强度最大值为99.53MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg合金基体性能增长13.31%;在进行T热处理工艺后，热处理态室温的Al-Cu-Zn-Mg合金在添加0.3wt.%Mn元素后，整体抗拉强度最大值为406.40MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg合金基体性能增长7.78%。热处理态高温的Al-Cu-Zn-Mg合金在添加0.15wt.%Mn元素后，整体抗拉强度最大值为161.56MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg合金基体性能增长2.21%。
[0009]在实验得到添加0.15%的Mn得到的Al-6%Cu-1.5%Zn-0.5%Mg-0.15%Mn系列合金性能最好的情况下，继续进行Cr的添加实验，由于在Al-6%Cu-1.5%Zn-0.5%Mg系列合金热处理态合金试样中主要含α-Al基体、Al2Cu相以及极少量的Al2CuMg相和Al7Cr相，其中α-Al基体、Al2Cu相的形态尺寸与铸态的有所不同。Al7Cr相析出量极少导致XRD未检测到该相，通过SEM-EDS检测到合金中形成 Al7Cr相，该粒子细小且具有优异的耐热性，与基体呈共格关系，能够强烈地钉扎位错以及阻止晶界迁移。Al2CuMg相的存在会抑制Ω相的析出，对所得合金力学性能产生负面影响。仅在不含Cr的合金中发现了极少量Al2CuMg相的存在，而其他含Cr合金并未发现该相，有力的证明了Cr的加入会抑制Al2CuMg相的形成过程。随着Cr含量的提高，合金室温力学性能先升高再降低，塑性降低，铸态室温的Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金在添加0.15wt.%Cr元素后，整体抗拉强度最大值为238.42MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金基体性能增长7.98%。铸态高温的Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金在添加0.3wt.%Cr元素后，整体抗拉强度最大值为124.90MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金基体性能增长16.03%;在进行T热处理工艺后，热处理态室温的Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金在添加0.15wt.%Cr元素后，整体抗拉强度最大值为418.59MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金基体性能增长2.02%。热处理态高温的Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金在添加0.15wt.%Cr元素后，整体抗拉强度最大值为217.30MPa，相比于Al-Cu-Zn-Mg-0.15%Mn合金基体性能增长51.05%，该合金的温力学拉伸性能应力-应变曲线如图1所示，腐蚀后的SEM图像如图2所示。
说明书附图(2)
声明：
“高温高强度耐热铝合金” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：广西大学
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