一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc 變形鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從當(dāng)前的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域看，國內(nèi)外對于鋁合金各項(xiàng)性能的要求不斷提高，隨著 其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷推廣，大量新型高強(qiáng)度高性能鋁合金應(yīng)運(yùn)而生，對于研發(fā)和制備工藝提 出了新的挑戰(zhàn)，從可持續(xù)性發(fā)展的角度出發(fā)，經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、高效三者的有機(jī)結(jié)合是在實(shí)際生 產(chǎn)過程中扮演者舉足輕重的作用。
[0003] 傳統(tǒng)鋁合金的抗拉強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度都存在不足，在生產(chǎn)過程中由于精煉劑的加 入又造成了一定污染，使成分難以精確控制從而在各項(xiàng)性能上都產(chǎn)生了難以估計(jì)的影響， 在鋁合金的切削加工方面，新型稀土鋁合金比傳統(tǒng)鋁合金具有更好的切削加工性能，適用 于復(fù)雜構(gòu)件的制造加工，加工成本也大幅降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金及 其制備方法，通過加入稀土元素、及利用氦氣吹入稀土合金粉末從而達(dá)到良好的成分均勻 化，有效解決了傳統(tǒng)的Al-Zn-Mg-Cu合金性能不足和產(chǎn)品缺陷的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變 形鋁合金，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Zn 7%、Mg 2%、Cu 2. 3%、Ce 0. 1%、Y 0. 5%、Er 0? 1%、La 0? 01%、Sc 0? 2%、A1余量。
[0006]其中，Ce、Er、Y、Sc、La分別以Al-30wt. %Ce、Mg-30wt. %Er、Mg-20wt. %Y、 Al-30wt. %La、Al-2wt. %Sc的粉末狀稀土合金進(jìn)行添加，所述稀土合金顆粒直徑在40um~ 50um之間。
[0007] 本發(fā)明還提供一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金的制備方法，包 括以下步驟。
[0008] 步驟1、按配方質(zhì)量百分比取Al、Zn、Mg、Cu、Ce、Y、Er、La、Sc準(zhǔn)備熔煉。
[0009] 步驟2、將坩堝放入氦氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)溫度達(dá)到730°C時(shí)，放入準(zhǔn)備熔煉的 鋁，待鋁融化后，將準(zhǔn)備熔煉的鋅和銅按順序放入鋁液中。
[0010] 步驟3、待鋁液融化回溫后，開始通過蜂窩陶瓷噴管向鋁液底部持續(xù)通入氦氣，通 入的氦氣進(jìn)入鋁液前需經(jīng)過預(yù)熱達(dá)到740°C，通過氦氣的流動帶動稀土合金粉末和鎂顆粒， 經(jīng)過蜂窩陶瓷噴管進(jìn)入到熔融的鋁液中。
[0011] 步驟4、持續(xù)保溫740°C并通入氦氣0. 5h后，爐冷降溫，當(dāng)溫度降到710°C時(shí)，將 合金溶液澆入事先預(yù)熱400°C過的金屬模具內(nèi)，待讓合金空冷至室溫，即得到成分均勻的 Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc 合金鑄錠。
[0012] 步驟5、將所得合金鑄錠在450°C下進(jìn)行均勻化處理，然后除去合金鑄錠氧化皮， 在430~450°C溫度區(qū)間內(nèi)預(yù)熱2h后，加入已預(yù)熱至440°C的擠壓模具內(nèi)，低速擠壓成棒 材。
[0013] 步驟6、將棒材切割成試樣，加工成拉伸棒（012)，然后進(jìn)行T6熱處理；固溶溫度 480°C、2. 5h，油冷沾火；在120°C下進(jìn)行人工時(shí)效處理，時(shí)效時(shí)間分別為6h、12h、18h、24h、 30h，時(shí)效結(jié)束后試樣油冷至室溫，即得高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金。
[0014] 所述蜂窩陶瓷噴管的每根陶瓷噴管間距不得小于5cm，陶瓷噴管總數(shù)為7根，六邊 形布局分布，中間分布一根，每跟陶瓷噴管切面為正六邊形；所述陶瓷噴管末端距離坩堝底 部15mm ;所述陶瓷噴管內(nèi)切圓孔徑直徑為2mm〇
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果。
[0016] 本發(fā)明提供的高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金及其制備方法，通過 在Al-Zn-Mg-Cu系合金的基礎(chǔ)上加入稀土元素Ce、Y、Er、La、Sc，再利用氣栗將氦氣瓶中的 氦氣(氦氣純度不小于99. 99%體積分?jǐn)?shù))導(dǎo)入蜂窩陶瓷噴管中，然后吹入稀土合金粉末從而 達(dá)到良好的成分均勻化，氣泡直徑控制在直徑5mm左右，以獲得更多更均勻的氣泡，對容易 進(jìn)行攪動。在整個(gè)過程中通過惰性氣體(氦氣）形成保護(hù)氛圍，使熔煉過程中氧化反應(yīng)盡可 能減小，形成的合金成分更加精確，并且在氦氣氣泡的上浮過程中能吸附和包裹大量的雜 質(zhì)微粒和氣體微粒，從而起到凈化鋁液的目的，排除了氧化物對合金的影響；另外，由于氣 泡上浮不斷攪動鋁液也使得成分更加均勻，可通過控制氣體流速控制攪拌速率，靈活多變， 并結(jié)合擠壓變形及后續(xù)的熱處理，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)韌度，可以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的合金鑄態(tài)顯微組織圖（100Mm、50Mm)。
[0018] 圖2為本發(fā)明對照組1的合金鑄態(tài)顯微組織圖（100Mm、50Mm)。
[0019] 圖3為本發(fā)明對照組2的合金鑄態(tài)顯微組織圖（100Mm、50Mm)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0021] 實(shí)施例1。
[0022] 本實(shí)施例提供一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金，由以下質(zhì)量百 分比的成分組成：Zn (鋅）7%、Mg (鎂）2%、Cu (銅）2. 3%、Ce (鈰）0? 1%、Y (釔）0? 2%、Er (鉺） 0? 1%、La (鑭）0? 01%、Sc (鈧）0? 2%、A1 (鋁）余量。
[0023] 本實(shí)施例還提供一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc變形鋁合金的制備方法， 包括以下步驟。
[0024] 步驟1、按配方質(zhì)量百分比取六1、211、1%、(：11、〇6、￥3廠1^、3(3準(zhǔn)備熔煉。其中，八1、 Zn、Mg、Cu以純度> 99. 99wt. %的工業(yè)純A1、純Zn、純Mg、純Cu的形式添加，Ce、Er、Y、La、 Sc 分別以 Al-30wt. %Ce、Mg-30wt. %Er、Mg-20wt. %Y、Al-30wt. %La、Al-2wt. %Sc 的粉末狀稀 土合金進(jìn)行添加。原料均不需要預(yù)熱處理。
[0025] 鎂以球狀顆粒形式存在，這是因?yàn)榍驙罡尤菀妆粴饬鲙?，由于過小的鎂容易 發(fā)生氧化反應(yīng)，故球狀顆粒直徑為1mm。
[0026]由于選擇過大的稀土合金顆粒較難被氣流帶動，較小的顆粒易氧化，故所述稀土 合金的顆粒直徑為40um~50um之間。
[0027] 步驟2、將坩堝放入氦氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)溫度達(dá)到730°C時(shí)，放入準(zhǔn)備熔煉的 鋁，這樣能防止在爐溫升高過程中造成的不必要的氧化反應(yīng)，待鋁融化后，將準(zhǔn)備熔煉的鋅 粒和銅塊按順序放入鋁液中。此時(shí)提高爐溫至760°C，這種按照Al、Zn、Cu先后順序進(jìn)行添 加，能更好的促進(jìn)Zn和Cu的熔化，因?yàn)殂~具有較高的熔點(diǎn)，保溫lh，以保證Cu完全熔化，此 時(shí)再緩慢降溫至740°C。所述Cu (銅塊）需預(yù)先除掉表面氧化層。
[0028] 步驟3、待鋁液融化回溫后，開始通過蜂窩陶瓷噴管向鋁液底部持續(xù)通入氦氣，氣 流量為約0. 3L/S，通入的氦氣進(jìn)入鋁液前需經(jīng)過預(yù)熱達(dá)到740°C;所述氦氣帶動稀土合金粉 末和鎂球狀顆粒，通過蜂窩陶瓷噴管進(jìn)入到熔融的鋁液中，利用大量惰性氣體(氦氣）氣泡 上浮形成的表面效應(yīng)，粘合包裹鋁液中的雜質(zhì)和微小氣泡，使之上浮到鋁液表面，方便后續(xù) 的撈渣工作。
[0029] 所述蜂窩陶瓷噴管的每根陶瓷噴管間距不得小于5cm，陶瓷噴管總數(shù)為7根，六邊 形布局分布，中間分布一根，每跟陶瓷噴管切面為正六邊形，有利于鎂顆粒和粉末合金的通 過，不容易堵塞噴管；所述陶瓷噴管末端距離坩堝底部15_左右，切不可接觸坩堝底部和 側(cè)壁，防止堵塞噴管；所述陶瓷噴管內(nèi)切圓孔徑直徑為2_，這可增加管內(nèi)氣體流速從而達(dá) 到帶動粉末的要求，又可以將粉末無障礙的送入到鋁液底部，不至于粘合在陶瓷噴管內(nèi)壁。
[0030] 步驟4、持續(xù)保溫740°C并通入氦氣0. 5h后，爐冷降溫，當(dāng)溫度降到710°C時(shí)，使用 陶瓷濾網(wǎng)進(jìn)行撈渣，濾網(wǎng)孔徑不大于0. 5_，隨后將均勻的合金溶液澆入事先預(yù)熱到400°C 的金屬模具內(nèi)，待讓合金冷卻至室溫，即得到成分均勾的Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc合 金鑄錠。
[0031] 步驟5、將所得合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理（隨爐升溫至450°C，保溫24h，爐冷降溫 至常溫)，冷卻后用車床除去合金鑄錠氧化皮，先進(jìn)行均勻化處理后去除氧化皮有利于各成 分含量趨近于計(jì)算值，然后在430~450°C溫度區(qū)間內(nèi)預(yù)熱2h后，加入已預(yù)熱至440°C的擠 壓模具內(nèi)，低速擠壓成棒材。所述低速擠壓的擠壓溫度為440°C，擠壓速率為1. 0~1. 5_/ s，擠壓比為110:1。所述擠壓過程中向擠壓筒內(nèi)壁加入二硫化鉬作為潤滑劑。
[0032] 步驟6、將棒材切割成10cm長的試樣，用車床加工成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸棒（〇 12)，所得試 樣進(jìn)行T6熱處理；固溶溫度480°C、2.5h，油冷