專利名稱：Er、Zr復合強化的Al－Mg－Mn合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬合金技術領域，具體的說屬于經(jīng)過微合金化的一種鋁合金材料。
背景技術：
文獻調(diào)查的結果表明，稀土在鋁合金中具有除雜、去氣、變質等作用。國外對稀土鋁合金方面的研究集中于含Sc的鋁合金。國內(nèi)有關稀土在鋁合金中的應用起步于二十世紀七十年代末期，在稀土用于鑄造Al-Si合金中的變質作用、稀土在電工鋁合金中的應用以及稀土在建筑鋁型材中的應用等方面取得了良好的效果，對稀土Ce、Y在Al-Si合金中的作用也進行了一定的研究。以上應用及研究大都用的是混合稀土，雖然近年來國內(nèi)在單一稀土Y、Sc、Er等在鋁合金中的作用已經(jīng)做了一定的研究，但是用微量的Er、Zr復合強化的鋁合金，尤其是在艦船、飛機、車輛等領域大量使用的Al-Mg-Mn中強、耐蝕、可焊鋁合金中的研究及應用未見任何報道。我們的研究發(fā)現(xiàn)稀土Er、Zr復合強化的Al-Mg-Mn有較顯著的強化效果，其強化機理主要由于細化晶粒及在晶內(nèi)形成均勻分布的細小Al3Er相，Zr的添加不但可以起到細化晶粒的作用，而且可以進一步提高Er的固溶度，有利于析出更多細小彌散分布的Al3Er相。Al3Er與Al3Sc及Al3Zr結構相同，屬Pm3m空間群(簡立方)，晶格參數(shù)接近Al，可以起到細晶強化、彌散強化以及第二相強化的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是尋找適用于鋁合金微合金化的元素，對鋁合金基體起到強化作用，從而提高鋁合金的性能。
本發(fā)明所提供的用微量的Er、Zr復合強化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于，在Al-4.5％Mg-0.7％Mn(重量百分比)合金的基體中加入了占最終產(chǎn)物總重量的0.01～0.6％的稀土Er以及占最終產(chǎn)物總重量0.01～0.2％的過渡族元素Zr。
以上所述的稀土Er的優(yōu)選含量范圍為最終產(chǎn)物總重量的0.3～0.5％，Zr的優(yōu)選范圍為最終產(chǎn)物總重量的0.05～0.15％。
該Er、Zr復合強化的Al-Mg-Mn合金是由現(xiàn)有的熔煉及加工工藝制備，以純鋁(99.99％)、純鎂(99.99％)，以及經(jīng)真空熔煉的Al-10.02％Mn、Al-4.52％Zr、Al-6％Er中間合金為原材料，采用鑄錠冶金法，覆蓋劑覆蓋，除氣精煉，在坩堝電阻爐內(nèi)熔煉而成鑄錠。鑄錠經(jīng)450℃～480℃/15～25小時均勻化退火后切頭銑面，透熱(470℃1小時)并熱軋、冷軋制得1.5mm厚板材。熱軋的總壓下量70％～85％，熱軋后經(jīng)中間退火(470℃1小時)，冷卻到室溫以后冷軋，冷軋壓下量67％～80％。
本發(fā)明由于加入了微量的稀土Er及過渡族元素Zr，大大提高了Al-4.5％Mg-0.7％Mn鋁合金在室溫時冷軋態(tài)和穩(wěn)定化退火后的機械性能，使合金的抗拉強度(σb)和屈服強度(σ0.2)均提高15～17％，其延伸率(δ)保持基本不變。同時，經(jīng)過微合金化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金還具有較高的高溫力學性能，可作為不超過200℃使用溫度的耐熱鋁合金使用。微合金化后鋁合金性能的改善主要是由于Er與基體形成了共格或半共格的Al3Er細小顆粒。


圖1Er、Zr復合強化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金的室溫(25℃)強度與延伸率曲線。
圖2Er、Zr復合強化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金的高溫(150℃)強度與延伸率曲線。
圖3Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr合金中的Al3Er粒子形貌。
圖4Al3Er相的超點陣衍射斑點。
具體實施例方式實例1采用占合金總重量3.33％的Al-6％Er中間合金、2.3％的Al-4.52％Zr中間合金、6.98％的Al-10.02％Mn中間合金、以及4.8％的純鎂，其余為純鋁的原材料，鑄錠冶金法，覆蓋劑覆蓋，C6Cl6除氣精煉，在坩堝電阻爐內(nèi)熔煉成成分為Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.2％Er-0.1％Zr的合金鑄錠。鑄錠經(jīng)480℃24小時均勻化退火后切頭銑面，透熱(470℃1小時)并熱軋(78％的總壓下量)，冷卻到室溫后經(jīng)中間退火(470℃1小時)并冷軋(67％的總壓下量)制得1.5mm厚板材，測定其力學性能，結果如表1中C合金所示。
實例2采用占合金總重量6.67％的Al-6％Er中間合金、2.3％的Al-4.52％Zr中間合金、6.98％的Al-10.02％Mn中間合金、以及4.8％的純鎂，其余為純鋁的原材料，鑄錠冶金法，覆蓋劑覆蓋，C6Cl6除氣精煉，在坩堝電阻爐內(nèi)熔煉成成分為Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr的合金鑄錠。鑄錠經(jīng)480℃24小時均勻化退火后切頭銑面，透熱(470℃1小時)并熱軋(78％的總壓下量)、冷卻到室溫后經(jīng)中間退火(470℃1小時)并冷軋(67％的總壓下量)制得1.5mm厚板材，測定其力學性能，結果如表1中D合金所示。
實例3采用占合金總重量10％的Al-6％Er中間合金、2.3％的Al-4.52％Zr中間合金、6.98％的Al-10.02％Mn中間合金、以及4.8％的純鎂，其余為純鋁的原材料，鑄錠冶金法，覆蓋劑覆蓋，C6Cl6除氣精煉，在坩堝電阻爐內(nèi)熔煉成成分為Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.6％Er-0.1％Zr的合金鑄錠。鑄錠經(jīng)480℃24小時均勻化退火后切頭銑面，透熱(470℃1小時)并熱軋(78％的總壓下量)、冷卻到室溫后經(jīng)中間退火(470℃1小時)并冷軋(67％的總壓下量)制得1.5mm厚板材，測定其力學性能，結果如表1中E合金所示。
實例4同實例1制得成分為Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.2％Er-0.1％Zr的合金冷軋板，測定其在高溫(150℃)的力學性能，結果如表2中合金C所示。
實例5同實例2制得成分為Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr的合金冷軋板，測定其在高溫(150℃)的力學性能，結果如表2中合金D所示。
從表1和表2中可以看出，Er、Zr復合可提高冷軋態(tài)合金室溫的抗拉強度、屈服強度，并保持較高的延伸率；高溫(150℃)時Er、Zr復合除了保持高的強度性能之外，合金的塑性明顯提高，延伸率達到23％。Er、Zr復合強化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金當中，當Er的加入量占最終產(chǎn)物的0.4％與Zr的加入量占最終產(chǎn)物的0.1％時強化效果最好。
采用透射電鏡觀察Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.1％Zr-0.4％Er合金的第二相粒子形貌(如圖3)，并對粒子與基體之間的位向關系作了電子衍射圖譜分析(如圖4)，結果顯示基體中析出的Al3Er粒子呈細小的豆瓣狀(大小只有10～20nm)，與Al基體之間有一定的共格關系，這樣Al3Er就有可能成為鋁合金中的有效的強化相。
表1 Al-4.5％Mg-0.7％Mn-x％Zr-x％Er合金的室溫(25℃)力學性能 表2 Al-4.5％Mg-0.7％Mn-x％Zr-x％Er合金的高溫(150℃)力學性能
權利要求
1.一種Er、Zr復合強化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于在Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金中加入了占最終產(chǎn)物總重量0.01～0.6％的稀土Er和占最終產(chǎn)物總重量0.01～0.2％的過渡族元素Zr。
2.根據(jù)權利要求1所述Er、Zr復合強化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于稀土Er的含量范圍為最終產(chǎn)物總重量的0.2～0.4％，Zr的含量范圍為最終產(chǎn)物總重量的0.05～0.1％。
全文摘要
Er、Zr復合強化的Al－Mg－Mn合金涉及金屬合金技術領域，具體的說屬于經(jīng)過微合金化的一種鋁合金材料。本發(fā)明所要解決的問題是尋找適用于鋁合金微合金化的元素，對鋁合金基體起到強化作用，從而提高鋁合金的性能。一種Er、Zr復合強化的Al－Mg－Mn合金，其特征在于在Al－4.5％Mg－0.7％Mn合金中加入了占最終產(chǎn)物總重量0.01~0.6％的稀土Er和占最終產(chǎn)物總重量0.01~0.2％的過渡族元素Zr。本發(fā)明由于加入了微量的稀土Er及過渡族元素Zr，大大提高了Al－4.5％Mg－0.7％Mn鋁合金在室溫時冷軋態(tài)和穩(wěn)定化退火后的機械性能，使合金的抗拉強度(σ
文檔編號C22C21/06GK1851019SQ20061001207
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權日2006年6月1日
發(fā)明者聶祚仁, 邢澤炳, 蘇學寬, 季小蘭, 鄒景霞, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學