一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法
【專利摘要】一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法，屬于鋁銅合金【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：選取合金化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?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(cè)定，熔煉時(shí)，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40×20×5mm。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25℃至加熱300℃之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
【專利說明】-種加入Ce提高AICuMnTi合金熱疲勞性能的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁銅合金【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 所謂熱疲勞，是指材料經(jīng)受溫度變化時(shí)，因其自由膨脹、收縮受到了約束而產(chǎn)生循 環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變，最終導(dǎo)致龜裂而破壞的現(xiàn)象。熱疲勞裂紋的擴(kuò)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(kuò) 展速率快，材料也會(huì)很快失效；而有些材料盡管裂紋較早萌生，但由于裂紋擴(kuò)展緩慢，甚至 停止擴(kuò)展，其實(shí)際使用壽命也較長。材料在實(shí)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(kuò)展壽命，因此對(duì)熱疲勞裂紋擴(kuò)展的研究具有實(shí)際意義。
[0003] 熱疲勞的影響因素可分為材料內(nèi)部因素(化學(xué)成分、力學(xué)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(shí)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(duì)熱疲勞抗力的影響就可使材料的熱疲勞抗 力相應(yīng)提1?。
[0004] 元素對(duì)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(guān)。一些零散的分布于各資料中的信息表 明，人們對(duì)熱疲勞過程中合金元素的影響的研究并不系統(tǒng)。總的來說，稀土、Ti、Mn、W、Cr、 Mo、V等合金兀素含量在一定范圍內(nèi)時(shí)有利于提1?材料的熱疲勞抗力，反之有害。
[0005] 稀土元素在黑色金屬中的應(yīng)用，國內(nèi)外在這方面已經(jīng)做了大量工作，并且成熟的 運(yùn)用于鋼鐵工業(yè)中。在鑄鋼和鑄鐵中稀土的應(yīng)用已十分廣泛，但在鋁合金中的應(yīng)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(qiáng)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(jī)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(duì)這一問題，本發(fā)明開發(fā)了一種加入Ce提高 AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法。其特 征在于：選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，TiO. 35%，CeO. 1-0. 6%，其余為 A1。合金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測(cè)定，熔煉時(shí)，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 20 X 5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣， 缺口長3_，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗(yàn)前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋 光，以消除試樣表面因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0007] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25°C 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0008] 從圖2和表1可以看出，冷熱循環(huán)4000次時(shí)，裂紋已經(jīng)開始萌生，但是擴(kuò)展的速率 都很緩慢，相比較而言，加入Ce 0.1%、Ce 0.5%和Ce 0.6%擴(kuò)展速率快，加入Ce 0.3%擴(kuò)展 速率慢。
[0009] 從圖3可見表1可以看出，當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到6000次時(shí)，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Ce 0.1%、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(kuò)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(kuò)展裂紋，且較為均衡的擴(kuò)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(duì)其他加入量的擴(kuò)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(xì)。
[0010] 上述鋁銅錳鈦鈰合金中，鈰的加入量可優(yōu)選為：CeO. 3%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1熱疲勞試樣示意圖； 圖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(shí)施方式】
[0012] 實(shí)施例1 選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，TiO. 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(cè)定，熔煉時(shí)，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40X20X5mm，是有預(yù)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(yàn)前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消 除試樣表面因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0013] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25°c 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0014] 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(shí)，冷熱循環(huán)6000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到20. 32mm。
[0015] 實(shí)施例2 選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，TiO. 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(cè)定，熔煉時(shí)，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40X20X5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長 3_，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗(yàn)前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消 除試樣表面因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0016] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25°c 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0017] 由圖2、圖3可見，加入Ce 0.3%的熱疲勞裂紋短而細(xì)，由表1可見，加入CeO. 3% 時(shí)，冷熱循環(huán)6000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到13. 41mm。
[0018] 實(shí)施例3 選取合金化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，TiO. 35%，CeO. 6%，其余為Al。合 金在坩堝電阻爐中熔煉，爐溫采用熱電偶測(cè)定，熔煉時(shí)，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40X20X5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長 3_，試樣形狀及尺寸如圖1所示。試驗(yàn)前，用砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消 除試樣表面因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0019] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具 的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到 試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25°c 至加熱300°C之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。
[0020] 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(shí)，冷熱循環(huán)6000次時(shí)合金熱疲勞裂紋擴(kuò)展達(dá)到24. 75mm。
[0021] 表1熱疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)（mm)

【權(quán)利要求】
1. 一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法，其特征在于：選取合金化學(xué)成 分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Cu4. 5%，MnO. 4%，TiO. 35%，CeO. 1-0. 6%，其余為A1 ;合金在坩堝電阻爐中 熔煉，爐溫采用熱電偶測(cè)定，熔煉時(shí)，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 20 X 5mm，是有預(yù)制裂紋的缺口試樣，缺口長3mm ;試驗(yàn)前，用 砂紙磨去試樣表面機(jī)械加工痕跡并拋光，以消除試樣表面因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加入Ce提高AlCuMnTi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(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)，板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保 證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及 冷卻的自動(dòng)化完成；采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在水溫25°C至加熱300°C 之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)；當(dāng)冷熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到6000次時(shí)，比較每種 組織的裂紋，發(fā)現(xiàn)加入Ce 0? 1%、Ce05%和Ce 0? 6%的最長且最粗，加入CeO. 3%的最短而最 細(xì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種加入Ce提高AlCuMnTi合金熱疲勞性能的方法，鈰的加 入量可優(yōu)選為〇. 3%。
【文檔編號(hào)】C22C21/12GK104372219SQ201310358458
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】齊克堯, 司松海, 李曉薇, 劉光磊, 張志敏 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司