阅读说明：本技术 一种铝铜合金材料及其铸造、热处理工艺 (Aluminum-copper alloy material and casting and heat treatment process thereof ) 是由 王罗海 王兆祎 张春雨 储开峰 汪全军 姚鑫 杨新禹 李忠芳 张信群 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铝铜合金材料,包括以下重量份原料：纯铝75～88份,铝铜合金6～12份,铝镁合金2～7份,铝钛合金4～8份、均质剂1～5份、活性剂1～2份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量40～60％、铝镁合金的含镁量5～10％、铝钛合金的含钛量5～10％。本发明由于铜在铝中有较大的固溶度,且随温度改变而变化,通过固溶强化和时效强化提高机械强度,同时获得抗拉强度为σ<Sub>b</Sub>385Mpa,伸长率为8％的良好的性能,因此使本发明的铝铜合金材料同时具有较高的强度、优异的塑性、良好的流动性,铸造后不易出现砂眼、气孔、缩松等缺陷。(The invention discloses an aluminum-copper alloy material which comprises the following raw materials in parts by weight: 75-88 parts of pure aluminum, 6-12 parts of aluminum-copper alloy, 2-7 parts of aluminum-magnesium alloy, 4-8 parts of aluminum-titanium alloy, 1-5 parts of a homogenizing agent and 1-2 parts of an active agent; wherein the aluminum content of the pure aluminum is more than or equal to 99%, the copper content of the aluminum-copper alloy is 40-60%, the magnesium content of the aluminum-magnesium alloy is 5-10%, and the titanium content of the aluminum-titanium alloy is 5-10%. The invention improves the mechanical strength by solid solution strengthening and aging strengthening and simultaneously obtains the tensile strength of sigma b 385Mpa, and the elongation is 8 percent, so that the aluminum-copper alloy material has higher strength and excellent plasticityThe casting powder has good performance and fluidity, and is not easy to have the defects of sand holes, air holes, shrinkage porosity and the like after casting.)

一种铝铜合金材料及其铸造、热处理工艺

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种铝铜合金材料及其铸造、热处理工艺。

背景技术

目前真空成型模具主体的材料大都使用ZL401合金材料，ZL401是属于Al-Zn系合金，由于合金中锌的含量较多，因此密度较大，耐蚀性差，铸造性差，具体表现为热裂倾向大，流动性差，因此该材料在铸造及使用过程中会出现砂眼、气孔、缩松缺陷，而且这些缺陷是在加工后才能发现，给加工成本和制造周期带来很大的负面影响，我们结合ZL401的材料特性以及对它的成分进行分析，通过改变材料成分，研制出铝铜合金这种材料，并通过热处理对材料进行组织变化，达到消除缺陷，增加材料的机械性能，并改善材料的表面粗糙度。

由于铜在铝中有较大的固溶度，且随温度改变而变化，因此在铝铜合金材料中，降低锌的含量，增加铜的含量，通过固溶强化和时效强化提高机械强度；在铝铜合金材料中加入镁能够提高切削加工性，同时在铝中加入铜和镁能够形成强化相，在时效时能发挥强化作用；另外，添加适量的钛可获得显著的晶粒细化的效果，从而使铝铜合金材料获得更良好的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝铜合金材料及其铸造、热处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种铝铜合金材料，包括以下重量份原料：

纯铝75～88份，铝铜合金6～12份，铝镁合金2～7份，铝钛合金4～8份、均质剂1～5份、活性剂1～2份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量40～60％、铝镁合金的含镁量5～10％、铝钛合金的含钛量5～10％。

优选地，所述铝铜合金材料包括以下重量份原料：

纯铝77～83份，铝铜合金8～10份，铝镁合金3～5份，铝钛合金5～6份、均质剂2～4份、活性剂1.4～1.8份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量45～55％、铝镁合金的含镁量7～8％、铝钛合金的含钛量6～8％。

优选地，所述铝铜合金材料包括以下重量份原料：

纯铝82份，铝铜合金9份，铝镁合金4.5份，铝钛合金6份、均质剂3份、活性剂1.5份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量45％、铝镁合金的含镁量7.5％、铝钛合金的含钛量7.5％。

优选地，所述均质剂的制备方法为：将Si 50-60份、Mn 10-20份、Cr 5-15份所对应的重量份原料混合熔炼，熔炼温度为500-1000℃，最后再加入Si粉总量5-10％的轻稀土元素，然后搅拌至原料混合均匀，然后浇铸成型，再压制成粒径为1-3mm的颗粒。

优选地，所述轻稀土元素为钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu中的一种或多种的组合物。

优选地，所述活性剂的制备方法为：将多孔石墨烯加入到磷酸溶液中反应15-25min，随后用去离子水洗涤3-4次，随后再加入质量分数为50-60％的稀硫酸处理20-30min，即可。

本发明还提供了一种铝铜合金材料的铸造工艺，包括以下步骤：

a、将纯铝和铝钛合金按上述比例在室温下装入石墨坩埚电阻炉中熔炼，当温度升至720℃时加入铝铜合金继续熔炼，随后再加入均质剂、活性剂；

b、将上述石墨坩埚电阻炉中熔炼温度升至720～740℃时再加入炉内溶液总量2～2.5％的精炼剂进行除气除渣，时间为6～10min；

c、加入上述炉内溶液总量3～5％的由60％的光卤石和40％的氟化钙组成覆盖剂再按比例加入铝镁合金，4～6min后将炉内溶液搅拌均匀浇入预先制作好的砂型中，经冷却、落砂、清理即制成铸件备用。

本发明还提供了一种铝铜合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：

a、将上述铸件切割成条形块；

b、将条形块铸件放入温度为520～530℃的电阻炉内加热8小时后经室温水淬、冷却，再放入电阻炉内加热至300～370℃保温4～8小时，出炉即得本铝铜合金材料。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明由于铜在铝中有较大的固溶度，且随温度改变而变化，通过固溶强化和时效强化提高机械强度，同时获得抗拉强度为σ_b385Mpa，伸长率为8％的良好的性能，因此使本发明的铝铜合金材料同时具有较高的强度、优异的塑性、良好的流动性，铸造后不易出现砂眼、气孔、缩松等缺陷。

2、具有良好的热处理性，因为铜原子与空位之间存在一定的结合能，即铜原子与空位结合在一起，使空位能够稳定地处于固溶体中，不易向缺陷地带迁移。在正常情况下，对铸造的模芯在520℃-530℃的炉内加热8小时，水淬，冷却后在炉内加热到300℃-370℃保温4-8小时，热处理后的铸件通过组织变化，消除内部各种应力，使内部组织更加细密，布氏硬度为HB105，使用过程中磨损小，更适合于冰箱内胆和汽车内饰件的成型。

3、具有良好的切削加工性，镁合金具有优良的切削加工性能，其切削速度大大高于其他金属，铝铜合金的硬度比钢材低，更利于切削加工，对刀具的磨损小。

4、具有良好的抛光性，向铝及其合金中添加适量的钛可获得显著的晶粒细化的效果，铸铝件通过机加工及表面钳工修整后，对表面进行粗抛和精抛，能达到镜面的效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例的一种铝铜合金材料，包括以下重量份原料：

纯铝75份，铝铜合金6份，铝镁合金2份，铝钛合金4份、均质剂1份、活性剂1份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量40％、铝镁合金的含镁量5％、铝钛合金的含钛量5％。

本实施例的均质剂的制备方法为：将Si 50份、Mn 10份、Cr 5份所对应的重量份原料混合熔炼，熔炼温度为500℃，最后再加入Si粉总量5％的轻稀土元素，然后搅拌至原料混合均匀，然后浇铸成型，再压制成粒径为1mm的颗粒。

本实施例的轻稀土元素为钪Sc。

本实施例的活性剂的制备方法为：将多孔石墨烯加入到磷酸溶液中反应15min，随后用去离子水洗涤3次，随后再加入质量分数为50％的稀硫酸处理20min，即可。

本实施例的一种铝铜合金材料的铸造工艺，包括以下步骤：

a、将纯铝和铝钛合金按上述比例在室温下装入石墨坩埚电阻炉中熔炼，当温度升至720℃时加入铝铜合金继续熔炼，随后再加入均质剂、活性剂；

b、将上述石墨坩埚电阻炉中熔炼温度升至720℃时再加入炉内溶液总量2％的精炼剂进行除气除渣，时间为6min；

c、加入上述炉内溶液总量3％的由60％的光卤石和40％的氟化钙组成覆盖剂再按比例加入铝镁合金，4min后将炉内溶液搅拌均匀浇入预先制作好的砂型中，经冷却、落砂、清理即制成铸件备用。

本实施例的一种铝铜合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：

a、将上述铸件切割成条形块；

b、将条形块铸件放入温度为520℃的电阻炉内加热8小时后经室温水淬、冷却，再放入电阻炉内加热至300℃保温4小时，出炉即得本铝铜合金材料。

实施例2：

本实施例的一种铝铜合金材料，包括以下重量份原料：

纯铝88份，铝铜合金12份，铝镁合金7份，铝钛合金8份、均质剂5份、活性剂2份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量60％、铝镁合金的含镁量10％、铝钛合金的含钛量10％。

本实施例的均质剂的制备方法为：将Si 60份、Mn 20份、Cr 15份所对应的重量份原料混合熔炼，熔炼温度为1000℃，最后再加入Si粉总量10％的轻稀土元素，然后搅拌至原料混合均匀，然后浇铸成型，再压制成粒径为3mm的颗粒。

本实施例的轻稀土元素为铈Ce。

本实施例的活性剂的制备方法为：将多孔石墨烯加入到磷酸溶液中反应25min，随后用去离子水洗涤4次，随后再加入质量分数为60％的稀硫酸处理30min，即可。

本实施例的一种铝铜合金材料的铸造工艺，包括以下步骤：

a、将纯铝和铝钛合金按上述比例在室温下装入石墨坩埚电阻炉中熔炼，当温度升至720℃时加入铝铜合金继续熔炼，随后再加入均质剂、活性剂；

b、将上述石墨坩埚电阻炉中熔炼温度升至740℃时再加入炉内溶液总量2.5％的精炼剂进行除气除渣，时间为10min；

c、加入上述炉内溶液总量5％的由60％的光卤石和40％的氟化钙组成覆盖剂再按比例加入铝镁合金，6min后将炉内溶液搅拌均匀浇入预先制作好的砂型中，经冷却、落砂、清理即制成铸件备用。

本实施例的一种铝铜合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：

a、将上述铸件切割成条形块；

b、将条形块铸件放入温度为530℃的电阻炉内加热8小时后经室温水淬、冷却，再放入电阻炉内加热至370℃保温8小时，出炉即得本铝铜合金材料。

实施例3：

本实施例的一种铝铜合金材料，包括以下重量份原料：

纯铝82份，铝铜合金9份，铝镁合金4.5份，铝钛合金6份、均质剂3份、活性剂1.5份；其中纯铝的含铝量≥99％、铝铜合金的含铜量45％、铝镁合金的含镁量7.5％、铝钛合金的含钛量7.5％。

本实施例的均质剂的制备方法为：将Si 55份、Mn 15份、Cr 10份所对应的重量份原料混合熔炼，熔炼温度为750℃，最后再加入Si粉总量7.5％的轻稀土元素，然后搅拌至原料混合均匀，然后浇铸成型，再压制成粒径为2mm的颗粒。

本实施例的轻稀土元素为铈Ce。

本实施例的活性剂的制备方法为：将多孔石墨烯加入到磷酸溶液中反应20min，随后用去离子水洗涤4次，随后再加入质量分数为55％的稀硫酸处理25min，即可。

本实施例的一种铝铜合金材料的铸造工艺，包括以下步骤：

a、将纯铝和铝钛合金按上述比例在室温下装入石墨坩埚电阻炉中熔炼，当温度升至720℃时加入铝铜合金继续熔炼，随后再加入均质剂、活性剂；

b、将上述石墨坩埚电阻炉中熔炼温度升至730℃时再加入炉内溶液总量2.25％的精炼剂进行除气除渣，时间为8min；

c、加入上述炉内溶液总量4％的由60％的光卤石和40％的氟化钙组成覆盖剂再按比例加入铝镁合金，5min后将炉内溶液搅拌均匀浇入预先制作好的砂型中，经冷却、落砂、清理即制成铸件备用。

本实施例的一种铝铜合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：

a、将上述铸件切割成条形块；

b、将条形块铸件放入温度为525℃的电阻炉内加热8小时后经室温水淬、冷却，再放入电阻炉内加热至335℃保温6小时，出炉即得本铝铜合金材料。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。