一種提高3a21鋁合金綜合性能的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，屬于3A21鋁合金性能優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3A21鋁合金的電導(dǎo)率和抗拉強(qiáng)度是產(chǎn)品主要的質(zhì)量指標(biāo)。但這兩項(xiàng)性能指標(biāo)之間相互矛盾，往往難以同時(shí)滿足。要保持材料高的導(dǎo)電性和延伸率，則其強(qiáng)度就會(huì)下降，而要提高材料強(qiáng)度卻往往在很大程度上會(huì)降低其導(dǎo)電性能和延伸率。因此研究較高的電導(dǎo)率和良好的力學(xué)性能的配合的成份配方和工藝是其主要的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:提供一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，能夠有效提高3A21鋁合金的電學(xué)性能和力學(xué)性能，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，包括工業(yè)純鋁鋁錠，將所述工業(yè)純鋁鋁錠放入井式電阻爐加熱熔化，待工業(yè)純鋁鋁錠熔化后，在750°C左右加入稀土金屬Sc和稀土金屬Ce并充分?jǐn)嚢?，其中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)Sc和Ce的添加含量分別為0.05%?0.30%,0.10%?
0.35%，余量為工業(yè)純鋁鋁錠。
[0005]所述的稀土金屬Sc和稀土金屬Ce均以中間合金的形式加入。由于稀土元素較活潑，直接加入容易燒損，因此采用中間合金的形式添加，可減少燒損量。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明中稀土元素加入到鋁中，形成的金屬間化合物增加了有效核心的數(shù)量，因而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果，且加入稀土元素后，試樣的晶界形態(tài)有所改變，純鋁的晶界為網(wǎng)絡(luò)狀(α (Al) +針狀物)，而加了稀土的試樣這種晶界逐漸消失，代之以不連續(xù)長(zhǎng)條相晶界分布。因此，添加適量的稀土 Sc和Ce均可以提高3A21鋁合金的導(dǎo)電率，因?yàn)橄⊥猎乜梢允筍1、Fe由固溶態(tài)變?yōu)槲龀鰬B(tài)，降低基體中雜質(zhì)元素的固溶量，改變雜質(zhì)相的形態(tài)和其分布。并且當(dāng)稀土 Sc、Ce的含量分別為0.05%?0.30%,0.10%?0.35%時(shí)3A21鋁合金具有較好的綜合性能。
[0007]【附圖說(shuō)明】:
圖1為稀土元素Sc、Ce的加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線；
圖2為稀土元素Sc、Ce的加入量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系曲線；
圖3為工業(yè)純鋁的金相圖；
圖4為加入稀土 Sc后的金相圖；
圖5為加入稀土 Ce后的金相圖；
圖6為加入稀土 Sc后的微觀形貌及能譜分析圖；
圖7為加入稀土 Ce后的微觀形貌及能譜分析圖。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例:
本發(fā)明原料為工業(yè)純鋁鋁錠、稀土金屬鈰、稀土金屬鈧。由于稀土元素較活潑，直接加入容易燒損，所以采用中間合金的形式加入。
[0009]首先是中間合金的制備，將鋁錠放入剛玉坩堝中，用井式電阻爐加熱熔化，待純鋁完全熔化后，將稀土金屬破碎烘干并用鋁箔包好，750°C時(shí)加入鋁液中，在800°C ±10°C保溫2h左右，其間不斷攪拌，直至稀土金屬碎塊完全熔入，最后澆入模具備用。制備好的中間合金用Q4-130 TASMAN全譜直讀火花光譜儀測(cè)定其成分見(jiàn)，結(jié)果表明稀土元素的燒損不到1%，因而實(shí)驗(yàn)中的加入量可看作實(shí)際的含量。最后分別制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Sc)=7.5%的Al-Sc中間合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Ce) =7.5%的Al_Ce中間合金。
[0010]將一定比例經(jīng)硼化后的鋁錠放入剛玉坩堝中，放入井式電阻爐加熱熔化，待鋁錠熔化后，750°C左右加入A1 — RE中間合金，并充分?jǐn)嚢?，待其完全熔化后靜置15分鐘，再次過(guò)濾雜質(zhì)，最后鑄成Φ17ι?πιΧ200mm的招棒。
[0011]從Φ 17mmX200mm招棒一端切取10 mm作金相試樣，用Olympus—BH2光學(xué)顯微鏡進(jìn)行組織觀察。剩余的Φ17πιπι的鋁棒經(jīng)過(guò)11道次的熱軋和拉拔得到Φ3.02mm的3A21鋁合金，從每一根熱軋過(guò)的3A21鋁合金上截取長(zhǎng)500mm的圓桿三根，按照GB3048.2—83在QJ57雙臂電橋上測(cè)量電阻率，并在在Instron-8501材料拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量試樣的抗拉強(qiáng)度。
[0012]圖3至圖5為不添加稀土元素和添加稀土元素的金相組織對(duì)比照片，從圖中可以看出，加入稀土過(guò)后，鋁的晶粒明顯被細(xì)化，且鈰的細(xì)化效果強(qiáng)于鈧。研究認(rèn)為稀土元素加入到鋁中，形成的金屬間化合物增加了有效核心的數(shù)量，因而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果[1°]。且加入稀土元素后，試樣的晶界形態(tài)有所改變，純鋁的晶界為網(wǎng)絡(luò)狀(α (Al)+針狀物)，而加了稀土的試樣這種晶界逐漸消失，代之以不連續(xù)長(zhǎng)條相晶界分布。
[0013]從圖6和圖7可以看出加入稀土后晶界變厚且晶界處的針狀FeAl3消失了，晶粒內(nèi)出現(xiàn)了球狀顆粒和短柄相(如圖6、7中第3點(diǎn))，對(duì)其進(jìn)行微區(qū)成分能譜分析，其成分中含有較多的Si (1.2%)和大量的稀土元素(9.l%Sc、ll.6%Ce)，推斷其為稀土和Si的化合物，從而表明了稀土元素的加入使固溶在鋁基體中的Si從固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱宋龀鰬B(tài)，因而導(dǎo)電率提高。對(duì)晶界處(圖6、7中第2點(diǎn))進(jìn)行微區(qū)成分能譜分析，其成分分別為84.53%A1、10.61%Sc、4.68%Fe、0.18%Si ；87.13%Α1、6.45%Ce、6.42%Fe，表明稀土加入后與 Al、Fe、Si 形成了復(fù)雜的相并在晶界處析出，這也使得導(dǎo)電率有所上升。對(duì)晶粒內(nèi)部(圖6、7中第1點(diǎn))進(jìn)行微區(qū)成分能譜分析知其主要成分為A1，并含有極少量的Si，并沒(méi)有Fe元素的出現(xiàn)，表明仍然還有極少量的Si固溶在鋁基體中。元素間交互作用的強(qiáng)度取決于原子的電負(fù)性和直徑，因此與稀土元素電負(fù)性和原子尺寸相差大的元素，將與稀土產(chǎn)生強(qiáng)烈的交互作用形成化合物，降低其在鋁基體中的固溶量。稀土與鋁中的主要雜質(zhì)Fe、Si的交互作用比其他元素的要大，因此，適量的稀土能與招基體中的雜質(zhì)Fe和Si形成二元或三元化合物析出，從而起到了凈化基體、改變雜質(zhì)相形態(tài)和分布的作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，包括工業(yè)純鋁鋁錠，其特征在于:將所述工業(yè)純鋁鋁錠放入井式電阻爐加熱熔化，待工業(yè)純鋁鋁錠熔化后，在750°C左右加入稀土金屬Sc和稀土金屬Ce并充分?jǐn)嚢?，其中以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)Sc和Ce的添加含量分別為0.05%?0.30%,0.10%?0.35%，余量為工業(yè)純鋁鋁錠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，其特征在于:所述的稀土金屬Sc和稀土金屬Ce均以中間合金的形式加入。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高3A21鋁合金綜合性能的工藝，包括工業(yè)純鋁鋁錠，將所述工業(yè)純鋁鋁錠放入井式電阻爐加熱熔化，待工業(yè)純鋁鋁錠熔化后，在750℃左右加入稀土金屬Sc和稀土金屬Ce并充分?jǐn)嚢瑁渲幸再|(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)Sc和Ce的添加含量分別為0.05%～0.30%、0.10%～0.35%，余量為工業(yè)純鋁鋁錠。本發(fā)明能夠有效提高3A21鋁合金的電學(xué)性能和力學(xué)性能。
【IPC分類】C22C21/00, C22C1/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105483407
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410273691
【發(fā)明人】羅偉
【申請(qǐng)人】羅偉
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2014年10月8日