專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Al-Mg-Si-Er新型鋁合金板材的制備及時(shí)效處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)Al-Mg-SHEr合金板材的制 備及其時(shí)效處理工藝。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)表明，目前稀土微合金化是鋁合金強(qiáng)化的一個(gè)重要手段，在鋁中只要加 入千分之幾的鈧，就會(huì)對(duì)鋁合金起變質(zhì)作用，使合金的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化。加 入0.2% 0.4%的Sc，可使合金的再結(jié)晶溫度提高150 200°C，且高溫強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性、焊接性能和抗腐蝕性能均明顯提高，并可避免高溫下長(zhǎng)期工作時(shí)易產(chǎn)生的脆化現(xiàn) 象。高強(qiáng)高韌鋁合金、新型高強(qiáng)耐蝕可焊鋁合金、新型高溫鋁合金、高強(qiáng)度抗中子輻 照用鋁合金等，在航天、航空、艦船、核反應(yīng)堆以及輕型汽車(chē)和高速列車(chē)等方面具有非 常誘人的開(kāi)發(fā)前景。關(guān)于Sc在Al-Mg-Si系鋁合金中的作用，有研究表明Sc能夠細(xì)化 Al-Mg-Si系合金晶粒、提高晶粒的穩(wěn)定性、加速塑性變形過(guò)程中晶粒細(xì)化過(guò)程、降低時(shí) 效過(guò)程中析出相的析出溫度和提高再結(jié)晶溫度等作用，但是Sc昂貴的價(jià)格大大限制了其 應(yīng)用范圍，但是稀土在鋁鎂硅系合金中的應(yīng)用，除了 Sc之外大部分均是混合稀土，而價(jià) 格只有Sc的幾十分之一的Er在高純鋁、鋁鎂等合金中具有許多積極的作用，可以作為 Sc元素的替代元素，前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明Er在鋁鎂硅系合金中具有一定的積極作用 如細(xì)化晶粒，降低時(shí)效激活能，減少時(shí)效析出相析出時(shí)間。美國(guó)在研究7075合金時(shí)，通 過(guò)一種回歸再時(shí)效工藝很好的解決了應(yīng)力腐蝕的問(wèn)題，但這一工藝在技術(shù)上一直封鎖。 另外由于鋁鎂硅系合金是一種熱處理可強(qiáng)化的合金，關(guān)于該系合金的熱處理制度的報(bào)道 很多，但關(guān)于含&的鋁鎂硅系合金在時(shí)效過(guò)程中力學(xué)性能和顯微硬度的變化研究很少報(bào) 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是Al-Mg-SHEr合金板材的制備以及添加稀土Er的鋁鎂 硅合金固溶處理后的時(shí)效熱處理工藝，尋找在時(shí)效過(guò)程中材料獲得優(yōu)良的綜合性能的最 佳溫度和時(shí)間。本發(fā)明所提供的兩種時(shí)效工藝制度，一種固溶處理后在180°C進(jìn)行1 50小時(shí) 的時(shí)效熱處理。另一種在180°C時(shí)效7小時(shí)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行220°C回歸1小時(shí)的回歸熱處 理，合金經(jīng)過(guò)回歸處理后在150°C進(jìn)行1 24小時(shí)再時(shí)效。本發(fā)明優(yōu)選的合金分別在180°C時(shí)效7h和在180°C時(shí)效7小時(shí)后，再在220°C進(jìn) 行1小時(shí)回歸處理，最后在150°C再時(shí)效8小時(shí)，合金的顯微硬度相應(yīng)的出現(xiàn)了峰值，強(qiáng) 度也達(dá)到最高。本發(fā)明所述鋁合金材料由Al，Mg，Si，&組成，其各組分質(zhì)量百分含量為 Mg: 0.45-0.9% ； Si: 0.2-0.6% ； Er 0.08 ~ 0.25%,余量為鋁。采用半連續(xù)鑄造 方式制備出金屬鑄錠，將金屬鑄錠在560°C保溫6小時(shí)均勻化處理，最后在軋機(jī)上分別進(jìn)行熱軋和冷軋，熱軋加熱溫度為450°C，保溫2小時(shí)，終軋厚度為l-5mm，將所述合金在 520°C時(shí)在空氣循環(huán)爐中保溫40分鐘后放入溫度為-30°C的冰水中進(jìn)行淬火即固溶處理， 然后進(jìn)行時(shí)效熱處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1，各種元素在合金中都起到各自積極的作用。&在合金中的添加可以細(xì)化該合金鑄態(tài)晶粒和枝晶，通過(guò)在凝固過(guò)程中生成的 初生的ai3:&相，作為非均質(zhì)形核的核心，提高形核率，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。而在隨后的時(shí)效 過(guò)程中可以析出彌散分布的次生的納米尺度的AVEr相，對(duì)合金起到增強(qiáng)的作用，同時(shí)Er 的添加可以使合金中的主要強(qiáng)化相Mg2Si相的析出更為容易，與傳統(tǒng)的Al-Mg-Si系合金 相比較，析出的主強(qiáng)化相Mg2Si的體積分?jǐn)?shù)很大程度提高，使合金可以提前達(dá)到時(shí)效的 最大強(qiáng)度并且峰值時(shí)效強(qiáng)度也有很大程度提高。Mg與Si主要生成針狀的Mg2Si相，這種相硬度高、強(qiáng)度高、彌散分布，對(duì)合金 強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大。另外，過(guò)量的單質(zhì)硅也均勻地分布在合金中，很好地對(duì)合金起到增強(qiáng)效^ ο2，提供了兩種時(shí)效工藝，兩種工藝得到的合金強(qiáng)度都較高，都能夠很好的達(dá)到 該合金的使用性能要求230Mpa，參照表1?；貧w再時(shí)效工藝雖然略微地犧牲了合金的強(qiáng) 度，但從組織的角度看，對(duì)合金的綜合性能較為有利，生成了顆粒狀的第二相，增大了 比表面，可以提高合金的耐蝕性和塑性。


圖1 Al-Mg-SHEr合金在180°C時(shí)效不同時(shí)間的時(shí)效硬化曲線(xiàn)；圖2 A卜Mg-SHEr合金在180°C X7h+220°C X lh+150°C在時(shí)效不同時(shí)間的時(shí)效 硬化曲線(xiàn)。圖3 Al-Mg-Si-Er 合金在 180°C X 7h 后 TEM 微觀組織圖4 A卜Mg-SHEr 合金在 180°C X7h+220°C X Ih+150°C X 8h 后微觀組織
具體實(shí)施例方式采用半連續(xù)模鑄造法制備Al-Mg-Si-Er合金鑄錠，所用原料為99.9%的工業(yè)純 Al、99.999%的工業(yè)純Mg、Al_20Si、A卜6% &的中間合金。熔煉在SG2-7.5-12型坩堝 電阻爐中進(jìn)行，坩堝采用石墨粘土坩堝，熔化溫度為760°C左右。熔煉時(shí)先將高純Al放 入坩堝中，然后根據(jù)合金的成分設(shè)計(jì)依次加入其他中間合金，待Al和中間合金全部熔化 后再加入Mg;待所有原料完全熔化后再加入適量的(IOg左右)六氯乙烷進(jìn)行除氣，然后 攪拌均勻、靜置、扒渣。澆注前在模具內(nèi)壁涂一層氧化鋅與水玻璃的混合溶液，200°C烘 干。澆注大約溫度為720°C，模具為鐵模，鑄錠為扁錠。為了消除鑄錠中的成分偏析， 需對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化處理。鑄錠先后經(jīng)歷560°C均勻化退火6小時(shí)和銑去鑄錠表面的缺陷 和氧化皮后，最后在310X480mm雙輥軋機(jī)上進(jìn)行熱軋及冷軋，熱軋加熱溫度為450°C， 熱軋后再冷軋，最終制成大約2mm厚的板材，將所述合金在520°C時(shí)在空氣循環(huán)爐中保 溫40分鐘后放入溫度為-30°C的冰水中進(jìn)行淬火即固溶處理。實(shí)施例1
將事先準(zhǔn)備好的高純鋁錠放入石墨坩堝中，待鋁錠熔化完全后，依次加入鋁硅 和鋁鉺合金，最后加入高純鎂錠，同時(shí)將鎂錠用鋁箔包住，所有金屬熔化完成后加入六 氯乙烷(含量為金屬原料質(zhì)量的2%)攪拌均勻后，靜置，扒渣，最后將金屬液澆入內(nèi)壁 涂一層氧化鋅與水玻璃的混合溶液的鐵模中。將鑄錠在560°C的空氣循環(huán)爐中均勻化處 理6小時(shí)后，在機(jī)床上銑去表面氧化皮和缺陷準(zhǔn)備軋制。軋制前，將金屬錠加熱到450°C 保溫2小時(shí)，在310X480mm雙輥軋機(jī)上進(jìn)行熱軋及冷軋，中間經(jīng)歷大約13道次，最終 厚度大約為2mm左右，將所述合金在520°C時(shí)在空氣循環(huán)爐中保溫40分鐘后放入溫度 為_(kāi)30°C的冰水中進(jìn)行淬火即固溶處理，得到Al-Mg-Si-Er合金板材。實(shí)施例2將Al-Mg-Si-Er合金板材在180°C時(shí)效不同時(shí)間，圖1為Al_Mg-Si_Er合金 180°C時(shí)效硬化曲線(xiàn)。通過(guò)180°C時(shí)效不同的時(shí)間，可以看出，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合 金的顯微硬度先增加后降低，當(dāng)時(shí)效時(shí)間為7h時(shí)，合金的顯微硬度最高，這說(shuō)明時(shí)效7 小時(shí)可達(dá)到完全時(shí)效的狀態(tài)。實(shí)施例3將Al-Mg-Si-Er合金板材在180 °C時(shí)效7小時(shí)，然后在220 °C進(jìn)行1小時(shí)回歸處 理最后在較低溫度150°C再時(shí)效不同時(shí)間，其時(shí)效硬化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出合金在180°C時(shí)效7小時(shí)達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，然后在220°C進(jìn)行 1小時(shí)回歸處理使得先析出的第二相粒子回溶到集體中，最后在較低溫度150°C再時(shí)效過(guò) 程中顯微硬度變化曲線(xiàn)，在8小時(shí)合金的硬度值最高。表1列出了 Al-Mg-Si-Er合金經(jīng)不同熱處理工藝后峰值時(shí)效的拉伸力學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種Al-Mg-Si-Er新型鋁合金板材的時(shí)效處理工藝，采用半連續(xù)鑄造方式制備出 金屬鑄錠，將金屬鑄錠在560°C保溫6小時(shí)均勻化處理，最后在軋機(jī)上分別進(jìn)行熱軋和冷 軋，熱軋加熱溫度為450°C，保溫2小時(shí)，終軋厚度為l-5mm，將所述合金在520°C時(shí)在 空氣循環(huán)爐中保溫40分鐘后放入溫度為-30°C的冰水中進(jìn)行淬火即固溶處理，然后進(jìn)行 時(shí)效熱處理，其特征在于，具體工藝為固溶處理后在180°C進(jìn)行1 50小時(shí)的時(shí)效熱 處理。
2.權(quán)利要求1所述的時(shí)效處理工藝，其特征在于，固溶處理后在180°C進(jìn)行7小時(shí)的 時(shí)效熱處理。
3.權(quán)利要求1的一種Al-Mg-SHEr新型鋁合金板材的時(shí)效處理工藝，其特征在于，具 體工藝為在180°C時(shí)效7小時(shí)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行220°C回歸1小時(shí)的回歸熱處理，合金經(jīng) 過(guò)回歸處理后在150°C進(jìn)行1 24小時(shí)再時(shí)效。
4.權(quán)利要求3所述的時(shí)效處理工藝，其特征在于，在150°C進(jìn)行8小時(shí)再時(shí)效。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Al-Mg-Si-Er新型鋁合金板材的制備及其時(shí)效處理工藝，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。制備方法為采用半連續(xù)鑄造方式制備出金屬鑄錠，將金屬鑄錠進(jìn)行均勻化處理，最后在310×480mm的軋機(jī)上分別進(jìn)行熱軋和冷軋，熱軋加熱溫度為450℃，保溫2小時(shí)，終軋厚度約為2mm。工藝條件為一種固溶處理后在180℃進(jìn)行1～50小時(shí)的時(shí)效熱處理。另一種在180℃時(shí)效7小時(shí)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行220℃回歸1小時(shí)的回歸熱處理，合金經(jīng)過(guò)回歸處理后在150℃進(jìn)行1～24小時(shí)再時(shí)效。經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理的合金強(qiáng)度都較高，都能夠很好的達(dá)到該合金的使用性能要求230MPa，可以提高合金的耐蝕性和塑性。
文檔編號(hào)C22F1/05GK102011072SQ20101057995
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者張堯, 聶祚仁, 蘇學(xué)寬 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)