專利名稱：一種高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及Er和Zr合金元素在鋁中的添加量及變形鋁合金的制備工藝，Er和Zr的加入可以有效提高變形鋁合金的熱穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)的調(diào)查結(jié)果表明，在鋁合金中加入微量的Er元素，經(jīng)時(shí)效處理后可以彌撒析出與鋁基體保持共格關(guān)系的Al3Er 二次相，對合金強(qiáng)度有所貢獻(xiàn)，但是在300°C以上保溫時(shí)，析出的Al3Er相會迅速粗化，使得彌散強(qiáng)化作用幾乎消失。而Zr元素的加入會改善鋁合金的熱穩(wěn)定性，，在時(shí)效時(shí)過程中形成的Al3Zr 二次析出相能在400°C長時(shí)間保溫后仍與鋁基體保持共格或半共格關(guān)系。Al3Zr有良好的抗粗化能力，是由于Zr元素在Al基體中的擴(kuò)散速度較慢，相比于與Er元素的擴(kuò)散速度低幾個數(shù)量級(300°C時(shí)，Da=6.4X10_24，DEr=(4±2) X10_19)。添加Er和Zr的鋁合金，經(jīng)歷時(shí)效會形成核殼結(jié)構(gòu)的Al3 (Er、Zr)復(fù)合析出相，核心為富Er的Al3 (Er、Zr)相外層則是包裹著富Zr的Al3 (Er、Zr)相。相比于單獨(dú)添加Er或者Zr的二元合金，在鋁基體中復(fù)合析出相的數(shù)密度有很大程度的增加，同時(shí)析出相具有良好的抗粗化性能。含有微量的Er、Zr元素的鋁合金在經(jīng)過劇烈的塑性變形后，由于高密度的位錯作為Er和Zr的快速擴(kuò)散通道，所以相對鑄態(tài) 而言，Al3 (Er，Zr)復(fù)合相析出溫度更低，析出速度更快，析出數(shù)量更多。同時(shí)，這些彌散的二次析出相多數(shù)會沿著位錯線優(yōu)先析出，對位錯的釘扎作用非常顯著，在退火過程中會強(qiáng)烈的阻礙位錯的運(yùn)動，繼而提高鋁合金的熱穩(wěn)定性。但是，國內(nèi)外對于Er和Zr的復(fù)合添加及其含量對于提高變形鋁合金熱穩(wěn)定性沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種較高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金。通過Er和Zr的復(fù)合加入，在變形鋁合金中析出細(xì)小彌散的Al3 (Er, Zr)粒子，位錯位置優(yōu)先析出二次相粒子，在接下來的退火過程中二次相粒子釘扎位錯的作用顯著，強(qiáng)烈阻礙位錯的運(yùn)動，從而獲得較高的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明所提供的較高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金制備方法，包括以下步驟:(I)鋁合金鑄錠的成分和重量百分比:鉺:0.3%，鋯:0.3-0.6%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。在電阻爐中熔煉精鋁錠，使其溫度為750-800°C在熔鋁中加入Er和Zr的中間合金，熔融金屬液升溫至900°C后，經(jīng)攪拌、除渣，金屬液靜置冷卻到850°C后鐵模澆注成錠，待鑄錠凝固后迅速取出鑄錠水冷至室溫。(2)將步驟(I)中的鋁合金鑄錠銑面加工，在軋機(jī)上冷軋，保持變形量在70-90%。本發(fā)明通過Er和Zr元素的添加，使基體中析出細(xì)小彌撒的Al3(Er，Zr)的第二相粒子，能夠有效的釘扎位錯，阻礙位錯的運(yùn)動從而提高變形鋁合金的熱穩(wěn)定性。相比于本發(fā)明中的其他三元Al-Er-Zr變形合金，熱穩(wěn)定最好的變形鋁合金成份含量為:Al-0.3wt.%Er-0.4wt.%Zr。該成份的變形鋁合金在425°C退火I小時(shí)后硬度下降幅度約為10%。而二元的Al-0.3wt.%Er同樣變形量的鋁合金，在300°C退火Ih后硬度下降約為10% ；二元Al-0.4wt.%Zr同樣變形量的鋁合金在經(jīng)過350°C退火Ih后硬度下降幅度約為10%。此夕卜，該成份的招合金在退火過程中的絕對硬度值也較高，相比二元的Al-0.4wt.%Zr變形合金顯微硬度提高25%左右。同時(shí)，該成分變形鋁合金在375°C溫度下退火150小時(shí)后，仍未沒有發(fā)生，明顯的再結(jié)晶現(xiàn)象出現(xiàn)，有較好的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明具有以下有益效果:經(jīng)過本發(fā)明所提供的制備工藝得到的變形鋁合金板材，具有較高的熱穩(wěn)定性，Er、Zr元素的加入對于變形鋁合金的穩(wěn)定性提供有很大幫助。本發(fā)明中提供的變形鋁合金冷軋變形量較大，基體中會產(chǎn)生較大應(yīng)力應(yīng)變場，形成了密度較高的位錯，高密度的位錯為二次相提供更多的形核位置，也為Er和Zr提供了快速擴(kuò)散通道，使得退火過程中二次析出相Al3 (Er, Zr)相比于鑄造態(tài)更加容易，即在較低的退火溫度下，或者較短的退火時(shí)間內(nèi)就可以析出細(xì)小彌撒的Al3 (Er，Zr) 二次相。這些在位錯出析出的二次相，對位錯的運(yùn)動起到釘扎作用，阻礙位錯的運(yùn)動，從而提高變形鋁合金的熱穩(wěn)定性。


圖1為實(shí)施例1 3和對比例I 3在不同退火溫度下保溫I小時(shí)顯微硬度變化曲線，最高退火溫度為600°C ；圖2為實(shí)施例1 3和對比例I 3等溫退火顯微硬度變化曲線，退火溫度為375°C，保溫時(shí)間從0開始到150小時(shí)結(jié)束。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施 例、對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1I)在熔融的鋁液中加入Al_6wt.%Er和Al_4wt.%Zr中間合金，使熔體中元素含量為:鉺:0.3%，鋯:0.3%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。制作鋁合金時(shí)在電阻爐中加入高純鋁錠，加熱溫度為750°C，在熔鋁中加入中間合金，升溫到金屬液溫度為9000C后，經(jīng)攪拌、精煉、除渣，靜置冷卻到金屬液溫度為850°C，充分?jǐn)嚢韬鬂沧⒌借F模中，鑄錠凝固后迅速取出鑄錠水冷至室溫。鑄錠尺寸為:200*100*35mm。2)對步驟I)中的鑄錠冷軋變形，鑄錠軋制前高度35mm，冷軋軋制成3.5mm厚的板材，變形量為90%。3 )將步驟2 )的變形鋁合金進(jìn)行不同溫度保溫I小時(shí)退火，退火溫度最高為600 0C。同時(shí)，將步驟2)的變形鋁合金進(jìn)行等溫退火，等溫退火的溫度為375°C，退火時(shí)間從0開始到150小時(shí)結(jié)束。并對兩個退火條件下的變形鋁合金進(jìn)行硬度測試。實(shí)施例2步驟I)同實(shí)施例1，其中不同的是合金成分含量為:鉺:0.3% ;鋯:0.4% ;其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。步驟2)同實(shí)施例1。步驟3)同實(shí)施例1。實(shí)施例3步驟I)同實(shí)施例1，其中不同的是合金成分含量為:鉺:0.3% ;錯:0.6% ;其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。步驟2)同實(shí)施例1。步驟3)同實(shí)施例1。對比例I步驟I)同實(shí)施例1，其中不同的是合金成分含量為:鉺:0.3% ;其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。步驟2)同實(shí)施例1。步驟3)同實(shí)施例1。對比例2步驟I)同實(shí)施例1，其中不同的是合金成分含量為:錯:0.4% ;其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。步驟2)同實(shí)施例1。步驟3)同實(shí)施例1。對比例3步驟I)同實(shí)施例1，其中不同的是合金成分含量為:鉺:0.3% ;錯:0.15% ;其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。步驟2)同實(shí)施例1。步驟3)同實(shí)施例1。

根據(jù)圖1、2可以得出，實(shí)施例1 3在上述工藝下制備的變形鋁合金有較高的熱穩(wěn)定性。在圖1中可以得出，實(shí)施例1 3，在350°C退火I小時(shí)后顯微硬度下降幅度不大，均在10%以內(nèi)，保持了良好的熱穩(wěn)定性。其中，實(shí)施例1在375°C退火I小時(shí)后顯微硬度下降幅度在10%以內(nèi)；實(shí)施3在350°C退火I小時(shí)后顯微硬度下降幅度在10%以內(nèi)；實(shí)施例2(成分含量Er:0.3% ；Zr:0.4%，其余為Al)為本發(fā)明中最優(yōu)的成分含量，在經(jīng)歷425°C退火I小時(shí)后顯微硬度下降幅度為約10% ;而對比例I顯微硬度下降10%的退火溫度為300°C，對比例2、3顯微硬度下降10%的退火溫度均為325°C。由此可見，較對比例I 3而言，實(shí)施例2的熱穩(wěn)定性要高出很多，同樣在實(shí)施例1 3中，實(shí)施例2的熱穩(wěn)定性也是最好的。從圖2可知，375°C等溫退火150小時(shí)后實(shí)施例1 3，顯微硬度下降仍然不超過10%，沒有發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。其中，實(shí)施2的顯微硬度絕對值是最高的。而對比例I 3在375°C等溫退火150小時(shí)后硬度值有顯著下降，說明抗退火能力相對較弱，熱穩(wěn)定性較差。綜上分析，本發(fā)明通Er和Zr的復(fù)合添加得到了具有較高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金。從實(shí)施例1 3，得出了最佳的Er和Zr成份含量，為:Er:0.3% ；Zr:0.4%及相應(yīng)的制備工藝。該成份含量在相應(yīng)的制備工藝下的變形鋁合金表現(xiàn)出了優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)鋁合金鑄錠的成分和重量百分比:鉺:0.3%，鋯:0.3-0.6%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)，在電阻爐中熔煉精鋁錠，使其溫度為750-800°C在熔鋁中加入Er和Zr的中間合金，熔融金屬液升溫至900°C后，經(jīng)攪拌、除渣，金屬液靜置冷卻到850°C后鐵模澆注成錠，待鑄錠凝固后迅速取出鑄錠水冷至室溫； (2)將步驟(I)中的鋁合金鑄錠銑面加工，在軋機(jī)上冷軋保持變形量在70-90%。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鋁合金鑄錠的成分Al-0.3wt.%Er-0.4wt.%Zr。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方`法制備的高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金。
全文摘要
一種高熱穩(wěn)定性的變形鋁合金及制備方法，屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域。按照鉺0.3%，鋯0.3-0.6%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)，在電阻爐中熔煉鋁，溫度為750-800℃在熔鋁中加入Er和Zr的中間合金，升溫至900℃后，攪拌、除渣，金屬液靜置冷卻到850℃后鐵模澆注成錠，待鑄錠凝固后迅速取出鑄錠水冷至室溫；鋁合金鑄錠銑面加工，在軋機(jī)上冷軋，保持變形量在70-90%。該成分變形鋁合金在375℃溫度下退火150小時(shí)后，仍未沒有發(fā)生，明顯的再結(jié)晶現(xiàn)象出現(xiàn)，有較好的熱穩(wěn)定性。
文檔編號C22C21/00GK103103407SQ20131007849
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者黃暉, 朱靜波, 聶祚仁, 文勝平, 高坤元, 王為 申請人:北京工業(yè)大學(xué)