本發(fā)明涉及鋁合金，尤其涉及一種基于稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re制備的細(xì)晶鑄造鋁銅合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、al-cu合金因其高比強(qiáng)度、優(yōu)異的抗斷裂性、異的抗疲勞性、良好的耐熱性和較強(qiáng)的耐腐蝕性而成為航空領(lǐng)域不可或缺的金屬材料。鋁銅合金優(yōu)異的力學(xué)性能主要是由于其能夠通過熱處理的手段析出al2cu。為了進(jìn)一步提高al-cu合金的力學(xué)性能，我們使用晶粒細(xì)化劑細(xì)化鋁銅合金的晶粒尺寸和組織。

2、晶粒細(xì)化是提高鋁合金強(qiáng)韌性的一種重要手段，其在提高強(qiáng)度的同時(shí)還能提高塑性。除此之外晶粒細(xì)化還能夠降低合金的凝固缺陷，提高合金的鑄造性能，因此對(duì)于晶粒細(xì)化的研究具有重要的實(shí)際意義。目前常用的細(xì)化劑為al-5ti-1b細(xì)化劑，但是al-ti-b細(xì)化劑還存在著一些問題，比如tib2粒子容易聚集沉淀而影響晶粒細(xì)化效果。因此開發(fā)更為高效的細(xì)化劑就有重要的研究意義和實(shí)用意義。

3、本發(fā)明以鋁銅合金為對(duì)象，在熔煉過程中加入稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re。鋁銅合金經(jīng)稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re細(xì)化后晶粒尺寸明顯減小，從而開發(fā)出一種細(xì)晶的鋁銅合金。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re制備的細(xì)晶鑄造鋁銅合金及其制備方法，通過對(duì)稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re的元素含量?jī)?yōu)化，設(shè)計(jì)出最佳的元素含量以及在合金中的最佳加入量。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re以及一種基于稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re制備的細(xì)晶鑄造鋁銅合金。所述稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：ti?3.5～6.5％，b?0.5～2.5％，re?2.1～9.0％，余量為al和雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分含量總和小于或等于0.50％。基于所述稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re制備的細(xì)晶鑄造鋁銅合金包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：cu?3.50-6.50％，mn?0.20-0.40％，si0.30～0.55％，mg?0.80～1.50％，fe0.01～0.15％，ti?0.02～0.20％，b?0.004～0.15％，re?0.005～0.35％，余量為al和雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分含量總和小于或等于0.50％。

4、進(jìn)一步地，所述細(xì)晶鑄造鋁銅合金包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：cu?3.50-6.00％，mn0.20-0.35％，si?0.30～0.50％，mg?0.80～1.20％，fe：0.01～0.12％，ti?0.02～0.20％，b0.004～0.15％，re?0.005～0.30％，余量為al和雜質(zhì)元素。

5、進(jìn)一步地，所述稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：ti4.0～6.0％，b?0.5～2.0％，re?2.1～8.5％，余量為al和雜質(zhì)元素。

6、進(jìn)一步地，所述稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re在鋁銅合金中的加入量為0.10～2.00％，優(yōu)選為0.10～1.50％。

7、進(jìn)一步地，所述稀土包括la、ce、y、pm、er、nd、sm中的至少一種。

8、第二方面，本發(fā)明提供了上述基于稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re制備的細(xì)晶鋁銅合金的制備方法，包括以下步驟：

9、s1.提供純鋁、純鎂、鋁-m中間合金、精煉劑和al-ti-b-re復(fù)合細(xì)化劑的預(yù)制原料，m包括cu、si、fe、mn；所述al-ti-b-re復(fù)合細(xì)化劑的組分含量為：ti?3.5～6.5％，b?0.5～2.5％，re?2.1～9.0％，余量為al和雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分含量總和小于或等于0.50％；所述預(yù)制原料中的各元素在基于100質(zhì)量份的上述所有預(yù)制原料中的質(zhì)量占比為：cu?3.50-6.50％，mn?0.20-0.40％，si0.30～0.55％，mg?0.80～1.50％，fe?0.01～0.15％，ti?0.02～0.20％，b?0.004～0.15％，re?0.005～0.35％，余量為al和雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分含量總和小于或等于0.50％；

10、s2.在熔煉前將純鋁、純鎂、鋁-m中間合金、精煉劑和al-ti-b-re復(fù)合細(xì)化劑放在溫度為150-250℃的干燥箱中干燥1.5-2.5小時(shí)后備用；

11、s3.將純鋁錠加入熔煉爐中，將爐溫設(shè)置為720℃，使鋁錠完全融化得到鋁熔體；

12、s4.向鋁熔體中依次加入鋁-m中間合金和純mg后獲得鋁合金熔體。

13、s5.將鋁合金熔體溫度升高到730℃-740℃，把精煉劑加入到熔體底部，并攪拌鋁合金熔體5-10min，隨后靜止5-10min；

14、s6.扒渣后將鋁合金熔體溫度升高到740℃-760℃，向精煉后的鋁合金熔體中加入al-ti-b-re稀土復(fù)合細(xì)化劑，攪拌3-5min后靜止5-20min；

15、s7.隨后將爐溫降低到720℃-730℃，并將鋁合金熔體澆鑄到金屬模具中得到含稀土的鋁銅合金。

16、進(jìn)一步地，所述精煉劑為氟鹽精煉劑，如mgf2、alf3等，可以為一種，也可以為多種。

17、本發(fā)明具有以下有益效果：

18、(1)re能夠抑制al-ti-b中tib2顆粒的聚集，tib2的形核能最低是鋁非常有效的成核劑，因此re的加入對(duì)復(fù)合稀土細(xì)化劑al-ti-b-re的細(xì)化效果是有益的。

19、(2)在al-ti-b細(xì)化劑中加入少量的re能夠在組織中形成ti2al20re相，ti2al20re相與al相有8組匹配關(guān)系，因此ti2al20re比tial3具有更好的成核效果，因此少量的稀土能夠提高復(fù)合稀土細(xì)化劑al-ti-b-re的細(xì)化效果。隨著在al-ti-b細(xì)化劑中加入的re增加，re能夠在tial3相表面形成ti2al20re相，被ti2al20re相包圍的tial3相也具有更好的形核效果。

20、(3)復(fù)合稀土細(xì)化劑al-ti-b-re中re的含量不能過高，當(dāng)復(fù)合稀土細(xì)化劑al-ti-b-re中re的含量過高時(shí)過量的re會(huì)和ti2al20re相反應(yīng)生成大量網(wǎng)狀的al4re相，從而減少合金中ti2al20re相形核粒子，而網(wǎng)狀的al4re相不具有形核效果，因此需要控制復(fù)合稀土細(xì)化劑al-ti-b-re中re的含量。

21、(4)al-cu合金中少量的re可降低氫濃度并最大限度地凈化熔體減少氧化性物質(zhì)的引入，降低合金的粘度，從而提高合金的流動(dòng)性，提高熔體填充模具的能力。并且re誘導(dǎo)枝晶的細(xì)化，降低枝晶寬度，促進(jìn)第二相的分散，延遲枝晶的相干性，并降低熔體的流動(dòng)阻力。而re含量過多則會(huì)在合金凝固過程中形成沿晶界析出的簇狀al8cu4re相，在凝固過程中，金屬間化合物被推向固液界面，金屬間化合物的存在會(huì)導(dǎo)致對(duì)流體流動(dòng)的阻力更大，這可能會(huì)損害流動(dòng)性。因此需要控制al-ti-b-re中re的含量和al-ti-b-re的加入量。

22、(5)適量的re的加入具有一定的凈化能力，能夠減少鋁合金中有害的金屬夾雜和氧化物，從而起到除氣凈化熔體的作用，re的加入能夠減小組織中富fe相的尺寸，從而降低富鐵相對(duì)力學(xué)性能的影響。

23、(6)稀土復(fù)合細(xì)化劑al-ti-b-re的加入極大的細(xì)化了合金晶粒尺寸和第二相的尺寸，確保了組織的均勻性，并且晶粒細(xì)化導(dǎo)致鋁合金的孔隙率和孔隙尺寸減小，從而能夠提高合金的力學(xué)性能。