一種提高銅-鋁-鎂合金強(qiáng)度和導(dǎo)電率的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高銅-鋁-鎂合金強(qiáng)度和導(dǎo)電率的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對(duì)鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中?，F(xiàn)在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。
[0003]1、高強(qiáng)度鑄造鋁合金和變形鋁合金
一般鑄造招合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4個(gè)系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強(qiáng)度最高，但多數(shù)在200Mpa?300Mpa之間，高于400Mpa的只有AlCu系的少數(shù)幾個(gè)牌號(hào)，但因采用精鋁基體且加入貴重元素，制造成本很高;Α1Ζη系鑄造合金的耐熱性能很差。因此，一般鑄造鋁合金與變形鋁合金相比因強(qiáng)韌性稍遜使其應(yīng)用范圍受到較大的限制。許多重要用途如特種重載車負(fù)重輪、航空用鋁合金等多采用變形鋁合金，而不是鑄造鋁合金。變形鋁合金通過(guò)擠壓、軋制、鍛造等手段減少了缺陷，細(xì)化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性以及良好的使用性能。但是，對(duì)設(shè)備和工裝模具要求高，工序多，因此變形鋁合金生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價(jià)格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件、可以小批量生產(chǎn)也可以大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)出能夠替代部分變形鋁合金的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金材料及其鑄造成形工藝，可以達(dá)到以鑄代鍛、縮短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理論意義和重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0004]在高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的發(fā)展過(guò)程中，法國(guó)于20世紀(jì)初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金中它的歷史最久、應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)目前沒(méi)有與它對(duì)應(yīng)的牌號(hào)。
[0005]2、高溫鋁合金
高溫合金又稱耐熱高強(qiáng)合金、熱強(qiáng)合金或超合金，是在20世紀(jì)40年代隨著航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)發(fā)展起來(lái)的一種重要金屬材料，能在高溫氧化氣氛和燃?xì)飧g條件下長(zhǎng)期承受較大的工作負(fù)荷，主要用于燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，是航空航天、艦船、發(fā)電、石油化工和交通運(yùn)輸工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齒科材料。
[0006]常用的高溫合金包括鎳基、鐵基和鈷基合金，能在600?1100°C高溫環(huán)境下工作；而耐熱鋁合金則是冷戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的。耐熱高強(qiáng)鋁合金適于在400°C以下的熱環(huán)境中長(zhǎng)期承受較大的工作載荷，在航空航天、重工機(jī)械等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。除航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等直接與高溫燃?xì)饨佑|的部件之外，其余高溫高壓強(qiáng)動(dòng)力部件均可采用耐熱聞強(qiáng)招合金鑄造。
[0007]由于鋁合金比較容易加工，隨著加工技術(shù)水平的提高，在強(qiáng)度滿足要求的情況下，人們?cè)絹?lái)越多地采用變形鋁合金替代鑄造鋁合金。因此耐熱高強(qiáng)鋁合金又分為鑄造用合金和變形用合金兩大類。
[0008]而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展中具有廣泛用途和極光明前景的耐熱高強(qiáng)變形鋁合金，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)較少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系變形鋁合金及7A04等7XXX系變形鋁合金，在250°C以上溫度下強(qiáng)度多數(shù)小于100 Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以S1、Mg、Zn作為主微合金化元素，而不添加這幾種元素、且250°C以上溫度下強(qiáng)度在150 Mpa以上的耐熱高強(qiáng)變形鋁合金材料未見報(bào)導(dǎo)。
[0009]3、鋁合金的變質(zhì)處理
熔體的高質(zhì)化處理是鋁合金熔煉的核心環(huán)節(jié)和追求目標(biāo)，同時(shí)是獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金材料的基礎(chǔ)和前提。高質(zhì)化處理主要包括兩個(gè)方面:一是純凈化，二是結(jié)構(gòu)單元細(xì)化及均勻化。前者主要是采取把雜質(zhì)固態(tài)化濾除和“以氣除氣”的方法降低熔體雜質(zhì)和氫含量，工藝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生廢渣和廢氣；后者通常稱為變質(zhì)處理，是以添加劑或機(jī)械、物理方法使構(gòu)成鋁合金熔體及固溶體的基本單元一結(jié)晶體一的尺寸變得盡可能小、分布盡可能均勻，因添加劑進(jìn)入合金熔體，成為合金的有效成份，因而過(guò)程中不產(chǎn)生廢渣和廢氣。變質(zhì)處理特別是使用高效變質(zhì)劑是調(diào)整鋁合金鑄態(tài)組織的根本手段。而合金的制備工藝對(duì)合金性質(zhì)有著重大影響，然后現(xiàn)在技術(shù)在制備合金時(shí)，得到的合金性質(zhì)都不盡如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種提高銅-鋁-鎂合金強(qiáng)度和導(dǎo)電率的制備工藝，以獲得性能優(yōu)異的銅-鋁-鎂合金。
[0011 ] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種提高銅-鋁-鎂合金強(qiáng)度和導(dǎo)電率的制備工藝，包含以下步驟:
1)銅-鋁中間合金的熔煉:首先在鱗片石墨覆蓋下，在中頻感應(yīng)爐中先將銅熔化；然后當(dāng)銅液溫度達(dá)到1400°c左右時(shí)，把鋁加入，并使其迅速熔化；最后攪拌熔體，成分均勻后即澆入模型中；銅-鎂中間合金的熔煉:必須使用真空熔煉爐熔煉，銅和鎂同時(shí)加入真空中頻感應(yīng)熔煉爐的坩堝中進(jìn)行熔化，兩種金屬熔化完畢，攪拌均勻后，澆入模型中；
2)將原料進(jìn)行預(yù)熱處理后，首先將Cu-1OAl中間合金和電解銅原料放入坩堝中，將Cu-40Mg中間合金和稀土金屬等其它配料放入二次加料盒中，同時(shí)模具在放入熔煉爐前在內(nèi)表面進(jìn)行涂抹耐高溫的脫模劑并進(jìn)行預(yù)熱；
3)抽真空，通入保護(hù)性氣體氬氣；Cu-1OAl中間合金和電解銅原料完全熔化，使用二次加料盒將剩余合金原料加入；
4)增加功率至30kff并適當(dāng)攪拌溶液，待坩堝中溶液均勻后，關(guān)閉中頻加熱，在氬氣保護(hù)下燒鑄，燒鑄完成后待相'禍與t吳具完全冷卻后，放氣并取出鑄徒;
5)采用950°CX Ih固溶處理+65%冷變形+480°C X3h時(shí)效的工藝對(duì)熔煉獲得的鑄錠進(jìn)行處理。
[0012]合金成分配比為Cu-1.4A1-0.12Mg。
[0013]本發(fā)明的有益效果:首先，分析了合金元素對(duì)合金性能的影響，并通過(guò)理論計(jì)算設(shè)計(jì)了合金的成分區(qū)間，通過(guò)正交設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)了合金的成分；緊接著重點(diǎn)研究了高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅-鋁-鎂合金的方法，提出通過(guò)中間合金的形式添加合金元素的方法，并在合金制備過(guò)程中詳細(xì)的分析了合金的制備工藝流程和合金處理工藝流程，其中合金制備工藝流程要點(diǎn)包括:中間合金制備、合金熔煉加入順序、澆鑄溫度選擇等；合金處理工藝流程要點(diǎn)包括:擴(kuò)散退火、熱軋、在線固溶、冷軋、時(shí)效等工藝；并介紹了合金性能