專利名稱：鋁鎂鉺合金鑄錠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
國外對我國禁止進(jìn)口高性能鋁合金材料，而國內(nèi)現(xiàn) 有的LY12鋁合金材料已遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不能滿足武器裝備、航空、航天、艦船等的使用要求，現(xiàn)有的LY12鋁合金材料耐蝕性差、強(qiáng) 度低、使用壽命短、成本高，在此情況下，研制出的鋁鎂鉺合金鑄錠材料，可以用來裝配新型 戰(zhàn)斗機(jī)，增強(qiáng)國防力量，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)自主保障，不僅是滿足新型戰(zhàn)機(jī)研制的迫切需求，還可為 現(xiàn)役機(jī)種的改進(jìn)和研制新型武器裝備提供可選新材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的LY12鋁合金材料耐蝕性差、強(qiáng)度低、使用壽 命短及成本高的問題，提供了一種新型鋁鎂鉺合金鑄錠及其制備方法。本發(fā)明鋁鎂鉺合金鑄錠中各元素質(zhì)量百分比如下Si ( 0.3%, Fe ( 0.4%, Cu 彡 0· 1%、Μη :0· 3% 0. 8%、Mg :5· 8% 6· 8%、Zn 彡 0. 25%、Er :0· 2% 0. 4%、Be 0. 0005% 0. 005%, Ti 彡 0. 10%, Zr 0. 0. 15%、單個雜質(zhì)彡 0. 10%，合計(jì)雜質(zhì) (0. 15%，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比。鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按照鋁鎂鉺合金鑄錠中元素質(zhì) 量百分比 Si 彡 0. 3%, Fe 彡 0. 4%, Cu 彡 0. 1%, Mn 0. 3% 0. 8%、Mg 5. 8% 6. 8%、 Zn 彡 0. 25 %、Er :0. 2 % 0. 4 %、Be 0. 0005 % 0. 005 %、Ti 彡 0. 10 %、Zr :0. 1 % 0. 15%、單個雜質(zhì)彡0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)彡0. 15%，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì) 量百分比分別稱取重熔用鋁錠、電解銅、鎂錠、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鋁錳中 間合金、鋁鉺中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑和鋯復(fù)合鹽；二、 將重熔用鋁錠、鋁錳中間合金、電解銅、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金和鋁鈦中間合 金加入到熔煉爐中在750 V 800°C的條件下熔煉8 10h，然后按熔煉爐中金屬質(zhì)量的 0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，在750°C 800°C的條件下繼續(xù)熔煉使熔煉爐內(nèi)的材料在IOh 14h的時間內(nèi)全部熔化，開啟攪拌，當(dāng)溫度升至780°C以上時，加入鋁鉺中間合金，并每隔 20min攪拌一次，共攪拌四次，其中在第三次攪拌后加入鋯復(fù)合鹽，然后燜20min再攪拌第 四次；三、在步驟二制備的熔體降至760°C時加入鎂錠和鋁鈹中間合金，按熔煉爐中金屬質(zhì) 量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，熔煉15min 30min，然后用氬氣與氯氣的體積比為31 33.5 1的Ar-Cl2混合氣體精煉至每100克熔體中的氫含量< 0.2ml，然后將熔體導(dǎo)入靜 置爐中，靜置30min，得到鋁合金熔液；四、將具有擋水板裝置的結(jié)晶器的內(nèi)壁貼上一層隔 熱膜，并將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑置于流槽上端，將經(jīng)步驟三得到的鋁合金熔液依次經(jīng)過30ppi 和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結(jié)晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑以450mm/ min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑中的元素均勻熔入合金熔液中；五、將純鋁錠 熔化后的熔體倒入結(jié)晶器中的底座上鋪底，然后在溫度為730°C 750°C、水壓為0. 08 0. 15MPa、速度為45 50mrn/min的條件下將步驟四所得的合金熔液鑄造成厚度為340mm、 寬度為1320mm、長度為5000mm 6000mm的鋁鎂鉺合金鑄錠；步驟一中所述的鋁硅中間合 金是Al-22% Si合金，鋁鐵中間合金是A1-10 % Fe合金，鋁錳中間合金是Al-Il % Mn合 金，鋁鉺中間合金是A1-6% Er合金，鋁鈦中間合金是Al-4% Ti中間合金，鋁鈹中間合金是 Al-11 % Be，鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑是鋁鈦硼合金Al-5% Ti-I % B,鋯復(fù)合鹽按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由26% LiCl.66% K2ZrF6和8% CaF2組成；步驟二和步驟三所述的覆蓋劑是2號熔劑。
本發(fā)明的鋁鎂鉺合金鑄錠比LY12合金鑄錠強(qiáng)度高出40MPa以上、抗耐蝕性能比 LY12合金鑄錠高出一個級別，可以有效地提高變形后合金在復(fù)雜環(huán)境下的使用壽命。同時， 本發(fā)明的鋁鎂鉺合金鑄錠在后續(xù)的熱加工過程中，不需要固溶時效處理，生產(chǎn)成本與LY12 合金相比可減少10%以上。本發(fā)明鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法在步驟二中加入的鋁鉺中間合金是以耐腐蝕 性能優(yōu)良的Al-Mg系合金為基礎(chǔ)，通過Er元素微合金化技術(shù)，在鋁合金中可形成彌散分布 的納米級Al3Er強(qiáng)化相，通過細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等多層次強(qiáng)韌化技術(shù)途徑，在保 證耐腐蝕性能的前提下，非常有效地提高鋁鎂鉺合金鑄錠的抗疲勞斷裂、抗蠕變損傷能力； Er在鋁鎂鉺合金鑄錠的制備中的作用主要有以下三種(1)變質(zhì)作用Er對鑄造鋁鎂鉺合金鑄錠具有細(xì)化作用和變質(zhì)作用，加入Er元素， 能夠有效減小鋁合金的枝晶間距，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。(2)凈化作用Er元素具有很高的化學(xué)活性，與H2、Fe、S等雜質(zhì)元素具有很強(qiáng)的化 學(xué)親和力，可以與各種雜質(zhì)元素形成化合物，消除有害雜質(zhì)的影響。(3)合金化作用Er元素及其形成的金屬間化合物作為第二相能增加鋁鎂鉺合金 鑄錠的強(qiáng)韌性，提高鋁合金的機(jī)械性能和耐蝕性能。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中鋁鎂鉺合金鑄錠中各元素質(zhì)量百分比如下 Si ^ 0. 3%,Fe ^ 0. 4%,Cu 彡 0. 1%,Μη 0. 3% 0. 8%、Mg :5· 8% 6. 8%、Zn 彡 0. 25%、 Er 0. 2% 0. 4%, Be 0. 0005% 0. 005%, Ti 彡 0. 10%, Zr 0. 0. 15%、單個雜質(zhì) ^ 0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)彡0. 15%，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述鋁鎂鉺合金鑄錠 中各元素質(zhì)量百分比如下Si彡0. 3%, Fe彡0. 4%, Cu彡0. 1%, Mn 0. 5%, Mg 6. 5%, Zn 彡 0. 25%,Er 0. 3%,Be 0. 0005% 0. 005%,Ti 彡 0. 10%,Zr 0. 0. 15%、單個 雜質(zhì)<0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)<0. 15%，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比。其 它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式中鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法按以下步驟進(jìn)行 一、按照鋁鎂鉺合金鑄錠中元素質(zhì)量百分比Si彡0. 3%、Fe彡0. 4%、Cu彡0. 1%、Mn 0. 3 % 0. 8 %、Mg :5· 8 % 6. 8 %、Zn 彡 0. 25 %、Er :0· 2 % 0. 4 %、Be :0· 0005 % 0. 005%, Ti彡0. 10%, Zr 0. 0. 15%、單個雜質(zhì)彡0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)彡0. 15%，其余 為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比分別稱取重熔用鋁錠、電解銅、鎂錠、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鋁錳中間合金、鋁鉺中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈹中間合金、 鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑和鋯復(fù)合鹽；二、將重熔用鋁錠、鋁錳中間合金、電解銅、鋅錠、鋁硅中間 合金、鋁鐵中間合金和鋁鈦中間合金加入到熔煉爐中在750°C 800°C的條件下熔煉8 10h，然后按熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，在750°C 800°C的條件下繼 續(xù)熔煉使熔煉爐內(nèi)的材料在IOh 14h的時間內(nèi)全部熔化，開啟攪拌，當(dāng)溫度升至780°C以 上時，加入鋁鉺中間合金，并每隔20min攪拌一次，共攪拌四次，其中在第三次攪拌后加入 鋯復(fù)合鹽，然后燜20min再攪拌第四次；三、在步驟二制備的熔體降至760°C時加入鎂錠和 鋁鈹中間合金，按熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，熔煉15min 30min，然 后用氬氣與氯氣的體積比為31 33. 5 1的Ar-Cl2混合氣體精煉至每100克熔體中的 氫含量<0. 2ml，然后將熔體導(dǎo)入靜置爐中，靜置30min，得到鋁合金熔液；四、將具有擋水 板裝置的結(jié)晶器的內(nèi)壁貼上一層隔熱膜，并將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑置于流槽上端，將經(jīng)步驟 三得到的鋁合金熔液依次經(jīng)過30ppi和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結(jié)晶器中，澆注 的同時將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑以450mm/min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑中的元 素均勻熔入合金熔液中；五、將純鋁錠熔化后的熔體倒入結(jié)晶器中的底座上鋪底，然后在溫 度為730°C 750°C、水壓為0. 08 0. 15MPa、速度為45 50mm/min的條件下將步驟四所 得的合金熔液鑄造成厚度為340mm、寬度為1320mm、長度為5000mm 6000mm的鋁鎂鉺合金 鑄錠；步驟一中所述的鋁硅中間合金是Al-22%Si合金，鋁鐵中間合金是Al-10%Fe合金， 鋁錳中間合金是Al-Il % Mn合金，鋁鉺中間合金是Al-6% Er合金，鋁鈦中間合金是Al-4% Ti中間合金，鋁鈹中間合金是Al-11% Be，鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑是鋁鈦硼合金Al-5% Ti-1% B，鋯復(fù)合鹽按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由26% LiCl.66% K2ZrF6和8% CaF2組成。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同的是步驟二和步驟三中所述 的覆蓋劑是2號熔劑。其它與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三或四之一不同的是步驟一中按照 鋁鎂鉺合金鑄錠中元素質(zhì)量百分比Si彡03%、Fe彡0. 4%、Cu彡0. 1%、Mn ;0. 5%、Mg : 6. 5%,Zn^O. 25%,Er 0. 3%,Be 0. 0005% 0. 005%,Ti ^0. 10%,Zr :0. 0. 15%、 單個雜質(zhì)<0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)<0. 15%，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比 分別稱取重熔用鋁錠、電解銅、鎂錠、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鋁錳中間合金、鋁 鉺中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑和鋯復(fù)合鹽。其它與具體實(shí) 施方式三或四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至五之一不同的是步驟二中覆蓋 劑的加入量為熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 55%。其它與具體實(shí)施方式
三至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至六之一不同的是步驟三中覆蓋 劑的加入量為熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 55%。其它與具體實(shí)施方式
三至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至七之一不同的是步驟三中 Ar-Cl2混合氣體中氬氣與氯氣的體積比為31. 5 33 1。其它與具體實(shí)施方式
三至七之 一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至七之一不同的是步驟三中 Ar-Cl2混合氣體中氬氣與氯氣的體積比為32 1。其它與具體實(shí)施方式
三至七之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三至九之一不同的是步驟五中在溫度為740°C、水壓為0. IMPa、速度為48mm/min的條件下將步驟四所得的合金熔液鑄造成厚 度為340mm、寬度為1320mm、長度為5500mm的鋁鎂鉺合金鑄錠。其它與具體實(shí)施方式
三至 九 之一相同。
權(quán)利要求
鋁鎂鉺合金鑄錠，其特征在于所述鋁鎂鉺合金鑄錠中各元素質(zhì)量百分比如下Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn0.3％～0.8％、Mg5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er0.2％～0.4％、Be0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr0.1％～0.15％、單個雜質(zhì)≤0.10％，合計(jì)雜質(zhì)≤0.15％，其余為Al，且Fe的質(zhì)量百分比＞Si的質(zhì)量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁鎂鉺合金鑄錠，其特征在于所述鋁鎂鉺合金鑄錠中各元素質(zhì) 量百分比如下Si ≤ 0. 3%,Fe ≤ 0. 4%、Cu ≤ 0. l%,Mn 0. 5%,Mg 6. 5%,Zn ^ 0. 25%, Er 0. 3%,Be 0. 0005% 0. 005%,Ti ≤ 0. 10%,Zr 0. 0. 15%、單個雜質(zhì)≤0. 10%, 合計(jì)雜質(zhì)< 0. 15%，其余為々1，且？6的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比。
3.權(quán)利要求1所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方 法按以下步驟進(jìn)行一、按照鋁鎂鉺合金鑄錠中元素質(zhì)量百分比Si0. 4%, Cu ≤ 0. 1 %、Mn :0. 3 % 0. 8 %、Mg :5. 8 % 6. 8 %、Zn ≤ 0. 25 %、Er :0. 2 % 0. 4 %、 Be :0. 0005% 0. 005%, Ti ≤ 0. 10%, Zr :0. 0. 15%、單個雜質(zhì)≤0. 10%，合計(jì)雜 質(zhì)< 0. 15%，其余為A1，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比分別稱取重熔用鋁錠、電 解銅、鎂錠、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鋁錳中間合金、鋁鉺中間合金、鋁鈦中間合 金、鋁鈹中間合金、鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑和鋯復(fù)合鹽；二、將重熔用鋁錠、鋁錳中間合金、電解 銅、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金和鋁鈦中間合金加入到熔煉爐中在750°C 800°C 的條件下熔煉8 10h，然后按熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，在750°C 800°C的條件下繼續(xù)熔煉使熔煉爐內(nèi)的材料在10h 14h的時間內(nèi)全部熔化，開啟攪拌，當(dāng) 溫度升至780°C以上時，加入鋁鉺中間合金，并每隔20min攪拌一次，共攪拌四次，其中在 第三次攪拌后加入鋯復(fù)合鹽，然后燜20min再攪拌第四次；三、在步驟二制備的熔體降至 760°C時加入鎂錠和鋁鈹中間合金，按熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，熔 煉15min 30min，然后用氬氣與氯氣的體積比為31 33. 5 1的Ar_Cl2混合氣體精煉 至每100克熔體中的氫含量< 0. 2ml，然后將熔體導(dǎo)入靜置爐中，靜置30min，得到鋁合金熔 液；四、將具有擋水板裝置的結(jié)晶器的內(nèi)壁貼上一層隔熱膜，并將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑置于流 槽上端，將經(jīng)步驟三得到的鋁合金熔液依次經(jīng)過30ppi和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注 至結(jié)晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑以450mm/min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼 晶粒細(xì)化劑中的元素均勻熔入合金熔液中；五、將純鋁錠熔化后的熔體倒入結(jié)晶器中的底 座上鋪底，然后在溫度為730°C 750°C、水壓為0. 08 0. 15MPa、速度為45 50mm/min 的條件下將步驟四所得的合金熔液鑄造成厚度為340mm、寬度為1320mm、長度為5000mm 6000mm的鋁鎂鉺合金鑄錠；步驟一中所述的鋁硅中間合金是Al_22% Si合金，鋁鐵中間合 金是Al-10% Fe合金，鋁錳中間合金是Al-ll%Mn合金，鋁鉺中間合金是Al-6% Er合金， 鋁鈦中間合金是Al-4% Ti中間合金，鋁鈹中間合金是Al-11% Be，鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑是鋁 鈦硼合金Al-5 %Ti-l%B,鋯復(fù)合鹽按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由26 % LiCl、66 % K2ZrF6和8 % CaF2組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟二和步驟三中所 述的覆蓋劑是2號熔劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟一中按照鋁 鎂鉺合金鑄錠中元素質(zhì)量百分比Si彡03%、Fe彡0.4%、Cu彡0. l%,Mn 0. 5%,Mg 6. 5%, Zn 彡 0. 25%,Er 0. 3%,Be 0. 0005% 0. 005%,Ti 彡 0. 10%,Zr 0. 0. 15%、單個 雜質(zhì)<0. 10%，合計(jì)雜質(zhì)<0. 15%，其余為A1，且Fe的質(zhì)量百分比> Si的質(zhì)量百分比分別稱取重熔用鋁錠、電解銅、鎂錠、鋅錠、鋁硅中間合金、鋁鐵中間合金、鋁錳中間合金、鋁鉺中 間合金、鋁鈦中間合金、鋁鈹中間合金、鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑和鋯復(fù)合鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟二中覆蓋劑的加 入量為熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 55%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或6所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟三中覆蓋 劑的加入量為熔煉爐中金屬質(zhì)量的0. 55%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟三中Ar-Cl2混合 氣體中氬氣與氯氣的體積比為31. 5 33 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟三中Ar-Cl2混合 氣體中氬氣與氯氣的體積比為32 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4、6或8所述鋁鎂鉺合金鑄錠的制備方法，其特征在于步驟五中在 溫度為740°C、水壓為0. IMPa、速度為48mm/min的條件下將步驟四所得的合金熔液鑄造成 厚度為340mm、寬度為1320mm、長度為5500mm的鋁鎂鉺合金鑄錠。
全文摘要
鋁鎂鉺合金鑄錠及其制備方法，它涉及一種合金及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的LY12鋁合金材料耐蝕性差、強(qiáng)度低、使用壽命短及成本高的問題。本發(fā)明鋁鎂鉺合金鑄錠由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Er、Be、Ti和Zr組成，其制備方法如下一、稱取原料；二、制備鋁合金熔液；三、將鋁合金熔液依次經(jīng)過30ppi和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結(jié)晶器中鑄造成鋁鎂鉺合金鑄錠。本發(fā)明的鋁鎂鉺合金鑄錠比LY12合金鑄錠強(qiáng)度高出40MPa以上、抗耐蝕性能比LY12合金鑄錠高出一個級別，同時本發(fā)明的鋁鎂鉺合金鑄錠在后續(xù)的熱加工過程中，不需要固溶時效處理，生產(chǎn)成本與LY12合金相比可減少10％以上。
文檔編號C22C1/03GK101831578SQ201010189600
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者何振波, 劉平, 呂丹, 師雪飛, 李海仙, 林森, 王英君, 謝延翠, 趙永軍, 趙濤, 郝志剛 申請人:東北輕合金有限責(zé)任公司