專利名稱：一種Al-Yb-Zr耐熱鋁合金及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)過微合金化的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金強(qiáng)度和導(dǎo)電率提高之間存在相互矛盾之處，提高強(qiáng)度必然要提高合金元素的含量或者提高加工變形量，而合金元素含量的提高和加工量的提高都將使電導(dǎo)率下降。同時(shí)，一般耐熱合金導(dǎo)線中Zr的添加雖然能夠提高合金的耐熱性能，但是Zr含量較低的Al-Zr合金的時(shí)效強(qiáng)化效果較差，其對強(qiáng)度提高的作用并不明顯；增加Zr元素的含量能夠起到一定的析出強(qiáng)化作用，但合金的導(dǎo)電率顯著下降。這意味著強(qiáng)度和耐熱性的提高都將使電導(dǎo)率相應(yīng)下降。因此要得到高強(qiáng)度、高耐熱性能、高導(dǎo)電率三者結(jié)合的鋁合金導(dǎo)體材料，則必須要找到一種新的導(dǎo)向合金成分及其制備方法，在添加很少量的合金元素的條件下就能析出大量均勻彌散分布、且具有熱穩(wěn)定性的強(qiáng)化相。近年來，國內(nèi)外大量學(xué)者對稀土元素在鋁合金中的作用做了大量的研究。這些研究主要集中在La、Ce、Y、Sc、Zr和混合稀土對鋁合金的的影響，其中對稀土元素Sc研究最為深入，在Al-Si系、Al-Zn-Mg系及Al-Mg系等鋁合金中添加Sc均取得了令人滿意的研究結(jié)果。然而，添加Sc 大大增加了鋁合金的生產(chǎn)成本，使含Sc鋁合金在工業(yè)中的應(yīng)用受到了限制。將Yb加入到鋁合金中，能生成與Al3Sc作用相同的Ll2結(jié)構(gòu)的Al3Yb相，可以提高鋁合金的再結(jié)晶溫度，更能有效的起到細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等積極作用，提高鋁合金的綜合使用性能。而且Yb的價(jià)格比較便宜，在鋁合金中添加少量的Yb元素不會(huì)大幅度提高生產(chǎn)成本，能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。然而，在常規(guī)鑄錠冶金的凝固過程中Yb在鋁合金中的固溶度有限，限制了其作用的進(jìn)一步提高。通過復(fù)合添加其它能夠生成Ll2結(jié)構(gòu)析出相的合金元素有可能提高析出密度，從而進(jìn)一步發(fā)揮合金化的作用。除了 Sc以外，Zr是一種能夠生成亞穩(wěn)Ll2結(jié)構(gòu)析出相的合金元素，但是Zr本身的析出過程非常緩慢，尤其是成份較低的情況下需要幾千個(gè)小時(shí)才能充分析出。Zr和Yb復(fù)合微合金化后,在Al3Yb相的誘導(dǎo)下有可能使得其析出過程提前。因此Yb，Zr復(fù)合有可能充分發(fā)揮各自的作用，起到良好的合金化效果。本發(fā)明正是在基于以上考慮的情況下，設(shè)計(jì)了 Al-Yb-Zr合金，尋找其合適的成份范圍和相應(yīng)的熱處理工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過復(fù)合微合金化的方法，尋找Yb和Zr協(xié)同發(fā)揮強(qiáng)化作用的成分范圍，對鋁或者鋁合金基體起到強(qiáng)化作用，從而提高鋁合金的性能。本發(fā)明所提供的Al-Yb-Zr合金，其特征在于純鋁基體中加入了 0.12 0.25%(重量百分比)的Yb，0.15 0.3% (重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質(zhì)。該合金的制備方法是在熔煉鋁的過程中加入AlYb和AlZr中間合金來實(shí)現(xiàn)，熔煉溫度為780±10°C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄，鑄錠隨后進(jìn)行固溶時(shí)效熱處理，其工藝包括以下步驟:首先在620±10°C固溶20 30小時(shí)，隨后水淬到室溫，然后在150°C (400 575) °C之間進(jìn)行等時(shí)時(shí)效，具體過程為從150°C起每增加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+1755°C /3h+200/3h取第三個(gè)樣，依次類推直到在(400 575) °C結(jié)束，在此(400 575) °C內(nèi)的某一溫度可以產(chǎn)品符合要求,如最大硬度值。本發(fā)明由于采用了 Yb和Zr復(fù)合微合金化，具有非常顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果，如附圖1所示，相對Al-Yb合金提高了時(shí)效強(qiáng)化效果和熱穩(wěn)定性，相對Al-Zr合金則使得時(shí)效析出的過程明顯加速，而且該合金具有較好的熱穩(wěn)定性。


圖1:150 575°C之間每隔25°C等時(shí)3小時(shí)時(shí)效曲線；圖2:S4號合金的再結(jié)晶曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1:采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁和Al_3Yb和Al-4Zr中間合金，熔煉溫度為780± 10°C。到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。制備了 5種不同成份的合金，通過XRF測試了其實(shí)際成分，如下表I所示。其中SI和S2樣品分別為Al-Yb和Al-Zr 二元合金，用作對比。表I實(shí)驗(yàn)合金成份
權(quán)利要求
1.一種Al-Yb-Zr合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 O. 07-0. 25% (重量百分比)的Yb,O. 15-0. 3% (重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求I所述的Al-Yb-Zr合金的固溶時(shí)效熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟，首先在620±10°C固溶20 30小時(shí)，隨后水淬到室溫，然后在150°C (400 575) V之間進(jìn)行等時(shí)時(shí)效，具體過程為從150°C起每增加25°C保溫3h后，直到在(400 575) V結(jié)束。
全文摘要
一種Al-Yb-Zr耐熱鋁合金及其熱處理工藝，屬于合金技術(shù)領(lǐng)域。純鋁基體中加入了0.07-0.25%(重量百分比)的Yb，0.15-0.3%(重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質(zhì)。該合金的固溶時(shí)效熱處理工藝包括以下步驟，首先在620±10℃固溶20～30小時(shí)，隨后水淬到室溫，然后在150～575℃之間每隔25℃等時(shí)時(shí)效3小時(shí)。本發(fā)明由于采用了Yb和Zr復(fù)合微合金化，具有非常顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果，相對Al-Er合金提高了時(shí)效強(qiáng)化效果和熱穩(wěn)定性，相對Al-Zr合金則使得時(shí)效析出的過程明顯加速，而且該合金具有較好的熱穩(wěn)定性。
文檔編號C22F1/04GK103255319SQ20131008431
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者聶祚仁, 文勝平, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)