专利名称：一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法
技术领域：
本发明属于铝铜合金技术领域，特指一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方 法。
背景技术：
所谓热疲劳，是指材料经受温度变化时，因其自由膨胀、收缩受到了约束而产生循 环应力或循环应变，最终导致龟裂而破坏的现象。热疲劳裂纹的扩展与热疲劳裂纹的萌生 一样，反映了材料抵抗热疲劳破坏的能力。有些材料尽管裂纹萌生寿命较长，但因其裂纹扩 展速率快，材料也会很快失效；而有些材料尽管裂纹较早萌生，但由于裂纹扩展缓慢，甚至 停止扩展，其实际使用寿命也较长。材料在实际使用过程中，其使用寿命更大程度取决于热 疲劳裂纹的扩展寿命，因此对热疲劳裂纹扩展的研究具有实际意义。对于铸造铝合金而言，Mn是主要合金化元素之一，其加入量的变化对合金的机械 性能有着显著的影响。通常，在Al-Cu-Mn合金系列中，在改善机械性能方面，Mn的成份范 围为0. 1 1%，什么样的加入量可以即提高合金机械性能，又提高热疲劳性能的效果呢？ 这方面国内外还没有系统的研究。针对这一问题，本发明开发了一种加入锰提高铝铜合金 热疲劳性能的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法。其特征在于 选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%，MnO. 1-0.6%，其余为Al。合金在坩埚电阻 炉中熔炼，炉温采用热电偶测定，熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热至 熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm，试样形状及尺寸如图1所示。试验前， 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光，以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环，采用计数器进行自动计数。从图2可以看出，加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的试样在冷热循环3000次时，微裂纹已 经开始萌生，加入MnO. 4%的试样在循环3000次时没有出现明显的裂纹。相比较而言加 MnO. 的试样裂纹扩展速率最快，加入MnO. 6%次之，加入MnO. 4%的试样最慢。由表1更 能反映出这一结论。从图3可以看出，当冷热循环次数达到5000次时，各试样的裂纹形貌发生了较 大变化，加入量不同的影响也就明显的表现了出来。裂纹变的更为粗大，而且基本上都已 经形成了一到两条主裂纹，在主裂纹上也不规则的分布着数条微裂纹，且裂纹的缝隙内出 现了氧化迹象。而裂纹扩展速率也逐渐在加快，比较每种组织的裂纹，发现加入MnO. 1%,
3MnO. 6%的最长且最粗，加入MnO. 4%的最短且最细。由表1更能反映出这一结论。上述铝铜锰合金中，锰的加入量可优选为Mn0.4%。
图1热疲劳试样示意2热疲劳裂纹形貌(冷热循环3000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%图3热疲劳裂纹形貌(冷热循环5000次)a MnO. 1%, b MnO. 4%, c MnO. 6%
具体实施例方式实施例1选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%，MnO. 1%，其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼，炉温采用热电偶测定，熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热 至熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm，试样形状及尺寸如图1所示。试验前， 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光，以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环，采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见，加入Mn 0. 1 %的热疲劳裂纹长且粗，由表1可见，加入Mn 0. 1% 时，冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到24. 89mm。实施例2选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%，Mn0.4%，其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼，炉温采用热电偶测定，熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热 至熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为 40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm，试样形状及尺寸如图1所示。试验前， 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光，以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环，采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见，加入Mn 0. 4%的热疲劳裂纹短而细，由表1可见，加入MnO. 4% 时，冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到18. 55mm。实施例3选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5%，Mn0.6%，其余为Al。合金在坩埚电 阻炉中熔炼，炉温采用热电偶测定，熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热 至熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为40 X 10 X 5mm,是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm，试样形状及尺寸如图1所示。试验前， 用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光，以消除试样表面因素对试验结果的影响。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，板状试样装卡在立方卡具 的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到 试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25°C 至加热300°C之间进行冷热循环，采用计数器进行自动计数。由图2、图3可见，加入Mn 0. 6%的热疲劳裂纹长且粗，由表1可见，加入Mn 0.6% 时，冷热循环5000次时合金热疲劳裂纹扩展达到24. 68mm。表3-1热疲劳裂纹扩展数据(mm)
加Mn量10002000250030003500400045005000次次次次次次次次0.1%01.051.914.027.9512.4517.2524.890.2%00.551.163.655.889.3616.4622.460.3%000.762.183.127.9813.1420.410.4%000.451.872.745.9211.8518.550.5%000.982.563.568.8413.9721.840.6%00.761.553.986.6411.2518.5624.68
权利要求
一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法，其特征在于选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5％，Mn0.1 0.6％，其余为Al；合金在坩埚电阻炉中熔炼，炉温采用热电偶测定，熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热至熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样；热疲劳试样规格为40×10×5mm，是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm；试验前，用砂纸磨去试样表面机械加工痕迹并抛光，以消除试样表面因素对试验结果的影响。
2.根据权利要求1所述的一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法，采用电阻炉加 热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块 试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的 自动化完成；采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25°C至加热300°C之间进 行冷热循环，采用计数器进行自动计数；当冷热循环次数达到5000次时，比较每种组织的 裂纹，发现加入MnO. 1 %、MnO. 6 %的最长且最粗，加入MnO. 4%的最短且最细。
3.根据权利要求2所述的一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法，锰的加入量可 优选为0.4%。
全文摘要
一种加入锰提高铝铜合金热疲劳性能的方法，属于铝铜合金技术领域，其特征在于选取合金化学成分为(质量分数)Cu4.5％，Mn0.1-0.6％，其余为Al。合金在坩埚电阻炉中熔炼，炉温采用热电偶测定。熔炼时，在坩埚中依次放入铝、铜、铝锰中间合金，加热至熔化，除气精炼，约5分钟后扒渣，然后浇注，空冷后制取热疲劳试样。热疲劳试样规格为40×10×5mm，是有预制裂纹的缺口试样，缺口长3mm。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在水温25℃至加热300℃之间进行冷热循环，采用计数器进行自动计数。
文档编号G01N3/32GK101967587SQ20101050893
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者司乃潮, 司松海 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司
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