一種Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金及其制備工藝，屬于合金【技術(shù)領(lǐng)域】。所述合金為在鋁基體中加入了1.1～5.1％的Mg，0.25～0.35％的Er，0.25～0.3％的Zr，所述的百分比為各組分占Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金的重量百分比。其制備工藝如下：在760～780℃下熔煉Al-Mg-Er-Zr合金，各合金元素熔化后攪拌，然后澆鑄得到鑄態(tài)合金，而后將合金在150～475℃之間每隔25℃等時(shí)退火3個(gè)小時(shí)。然后將退火后的合金在冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋，冷軋總變形量為60～80％。本發(fā)明析出了大量的Al3(Er，Zr)強(qiáng)化相粒子，在退火過程中硬化效果顯著。合金冷軋板材在較高溫度下使用時(shí)，強(qiáng)化相粒子可阻礙合金的位錯(cuò)、晶界和亞晶界的遷移合并，抑制合金再結(jié)晶過程，提高了合金的再結(jié)晶溫度。
【專利說明】_種A卜Mg-Er-Zr耐熱鍋合金及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種經(jīng)過復(fù)合微合金化的鋁合金材料及其制備工藝，屬于金屬合金技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] Al-Mg合金由于其優(yōu)異的耐蝕性、焊接性能及適中的強(qiáng)度和良好的成型性而廣泛 應(yīng)用于航空航天、海洋船舶和汽車工業(yè)。但Al-Mg合金屬于不可熱處理強(qiáng)化的合金，其強(qiáng)度 主要取決于Mg含量和形變強(qiáng)化程度。Mg含量的提高使合金的成形困難，因而常采用形變強(qiáng) 化的方式，而形變強(qiáng)化態(tài)合金隨溫度升高和時(shí)間的延長會出現(xiàn)"軟化"現(xiàn)象。添加微量的強(qiáng) 化元素是一種有效穩(wěn)定合金性能的方法，研宄發(fā)現(xiàn)，添加微量的Sc可提高Al-Mg合金的力 學(xué)性能和再結(jié)晶溫度，并且形成了一系列的含Sc鋁鎂合金。但由于Sc的價(jià)格過于昂貴，科 研工作者尋找與Sc有類似作用的替代元素，發(fā)現(xiàn)稀土元素 Er與Sc有類似，能與鋁形成與 基體共格的Ll2結(jié)構(gòu)的Al 3Er相。
[0003] 研宄表明復(fù)合添加微合金化元素能夠有效的提高微合金化效果。專利 201010515843. 7公開了一種Al-Er-Zr合金及其時(shí)效強(qiáng)化工藝，發(fā)現(xiàn)Zr可與Er產(chǎn)生協(xié)同強(qiáng) 化作用，具有顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果，相對于Al-Er合金提高了時(shí)效強(qiáng)化效果和熱穩(wěn)定性，相 對于Al-Zr合金使得時(shí)效析出過程明顯加速。而且Er、Zr的最優(yōu)成分分別為0. 2?0. 3% (質(zhì)量百分比）、〇. 25?0.3% (質(zhì)量百分比）。但當(dāng)Zr的含量較低時(shí)時(shí)效強(qiáng)化效果不顯 著。因此本實(shí)驗(yàn)在Al-Mg合金中加入0.25?0.35% (重量百分比）的Er，0.25?0.3% (重量百分比）的Zr。以期在退火過程中產(chǎn)生非常顯著的強(qiáng)化效果。
[0004] 對于Al-Mg合金來說，需要進(jìn)行均勻化退火來消除凝固過程中產(chǎn)生的枝晶組織， 常用的熱處理工藝為430-470°C，保溫16-24h。但是在此常規(guī)的退火工藝下，由于退火溫度 過高，不利于形成細(xì)小彌散的強(qiáng)化相，使合金的微合金化效果不顯著。專利200810057383.0 公開了一種Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的熱處理工藝。該合金在經(jīng)過280°C /8h+470°C /12h雙 級熱處理后和經(jīng)過470°C /16h單級熱處理后相比，合金中的強(qiáng)化相更加密集，強(qiáng)化效果更 加顯著。所以本實(shí)驗(yàn)采用150?475°C之間每隔25°C等時(shí)退火3個(gè)小時(shí)的多級退火工藝， 以期望能夠析出更加密集的強(qiáng)化相。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于通過復(fù)合微合金化的方法，提供一種Er、Zr復(fù)合微合金化的 Al-Mg合金及其制備工藝，經(jīng)過退火處理的Al-Mg-Er-Zr合金中析出了大量的Al3 (Er，Zr) 強(qiáng)化相。對合金起到彌散強(qiáng)化作用，從而提高合金的力學(xué)性能。變形合金在溫度較高下使 用時(shí)具有良好耐熱性的強(qiáng)化相可阻礙位錯(cuò)、晶界和亞晶界的迀移，抑制合金的再結(jié)晶過程， 從而提高合金的再結(jié)晶溫度。
[0006] 本發(fā)明所提供的Al-Mg-Er-Zr合金，其特征在于各合金組份及其重量百分比為： Mg :1?5. 1% (重量百分比），Er :0· 25?0· 35% (重量百分比），Zr :0· 25?0· 3% (重 量百分比），余量為Al。所述的重量百分比為各組分占 Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金的重量百 分比。
[0007] 以上所述合金的最佳成分范圍為（重量百分比）：3· 3%的Mg，0. 3%的Er，0. 26% 的Zr。所述的重量百分比為各組分占 Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金的重量百分比。
[0008] 本發(fā)明上述合金的制備方法包括以下步驟：
[0009] 在熔煉溫度為760?780°C下，先將高純鋁鋁錠熔化，隨后加入Al-Er、Al-Zr中間 合金，待中間和金熔化后加入純鎂，待純鎂溶化后加入六氯乙烷進(jìn)行除氣，然后充分?jǐn)嚢瑁?保溫靜置lOmin，使熔體中各元素成分分布均勻后進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金。
[0010] 鑄態(tài)合金在150?550 °C之間每隔25 °C等時(shí)退火3小時(shí)（具體過程為每隔 25°C保溫3h后取樣，例如150°C /3h取第一個(gè)樣，150°C /3h+175°C /3h取第二個(gè)樣， 150°C /3h+175°C /3h+200°C /3h取第三個(gè)樣，依次類推直到550°C結(jié)束）。
[0011] 其中優(yōu)化的熱處理工藝為150?475°C每隔25°C等時(shí)退火3小時(shí)。即150°C退火 3h，然后升溫至175°C退火3h，然后升溫至200°C退火3h，以此類推，最后為升溫至475°C退 火3h ;
[0012] 然后對150?475°C等時(shí)退火后的鑄錠進(jìn)行冷乳，總變形量為60?80%。
[0013] 對冷軋板進(jìn)行再結(jié)晶退火，以驗(yàn)證其耐熱性能。
[0014] 本發(fā)明的有益效果：
[0015] 本發(fā)明由于采用了 Er和Zr的復(fù)合微合金化，鑄態(tài)合金經(jīng)過等時(shí)退火處理后，合金 中析出了大量的與基體共格或半共格的Ll2結(jié)構(gòu)的Al 3(Er，Zr)強(qiáng)化相，對合金產(chǎn)生了非常 顯著的強(qiáng)化作用。這些強(qiáng)化相在變形鋁合金在較高溫度下使用時(shí)可以阻礙位錯(cuò)、晶界和亞 晶界的迀移，抑制了變形鋁合金的再結(jié)晶過程，提高合金的再結(jié)晶溫度。使合金可在較高溫 度下使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖I :150?550°C之間每隔25°C等時(shí)3小時(shí)退火硬度變化曲線
[0017] 圖2 :冷軋總變形量為80%合金的再結(jié)晶退火硬度變化曲線
[0018] 圖3 :冷軋總變形量為80%合金的金相照片（a)為Al合金在450°C再結(jié)晶退火后 金相照片；(b)為A2合金在400°C再結(jié)晶退火后的金相照片；（c)為A3合金在375°C再結(jié)晶 退火后的金相照片；（d)為A4合金在325°C再結(jié)晶退火后的金相照片。
[0019] 圖4 :冷軋總變形量為60%合金的再結(jié)晶退火硬度變化曲線

【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)例1 :采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁、純鎂和 Al-6Er、Al-4Zr的中間合金。在熔煉溫度為770± 10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Er、 Al-Zr中間合金，待中間合金熔化后加入純鎂，待純鎂熔化后加入六氯乙烷除氣、攪拌，保 溫靜置lOmin，使熔體中各元素成份分布均勻后進(jìn)行鐵模澆鑄。制備了 4種不同成分的 Al-Mg-Er-Zr合金，通過XRF測得其實(shí)際成分，如下表1所示。
[0021] 表1實(shí)驗(yàn)合金成分
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 1?5. 1%重量百分 比的Mg，0. 25?0. 35%重量百分比的Er，0. 25?0. 3%重量百分比的Zr，所述的重量百分 比為各組分占 Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金的重量百分比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 3. 3%的Mg，0. 3%的Er，0. 26%的Zr ;所述的百分比為各組分占 Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金 的重量百分比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種Al-Mg-Er-Zr耐熱鋁合金的制備工藝，其特征在于，包括 以下步驟： 1) 在熔煉溫度為760?780°C下，先將純鋁鋁錠熔化，隨后加入Al-6Er、Al-4Zr中間合 金，待中間合金熔化后加入純鎂，待純鎂溶化后加入六氯乙烷進(jìn)行除氣，然后充分?jǐn)嚢?，?溫靜置lOmin，使熔體中各元素成分分布均勻后進(jìn)行澆鑄，得到鑄態(tài)合金； 2) 對步驟1)所得的合金進(jìn)行退火處理，在150?475°C之間每隔25°C等時(shí)退火3個(gè)小 時(shí)； 3) 對步驟2)所得的合金進(jìn)行冷軋，冷軋總變形量為60?80%。
【文檔編號】C22C1/03GK104498785SQ201410677803
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】聶祚仁, 趙萬輝, 文勝平, 王為, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)