一種稀土改性鋁合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬合金領(lǐng)域，尤其涉及一種稀土改性鋁合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高強(qiáng)鋁合金具有強(qiáng)度高，塑性好，可焊性好，耐腐蝕性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用 于各種飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件和其他強(qiáng)度要求高的高應(yīng)力耐蝕結(jié)構(gòu)件，是目前許多軍用和民用飛 機(jī)，交通運(yùn)輸工具中不可缺少的重要結(jié)構(gòu)材料。隨著航天航空技術(shù)發(fā)展對材料要求的日益 提尚，研宄人員正著力開發(fā)強(qiáng)度更尚，綜合性能優(yōu)良的尚強(qiáng)度尚初錯合金。目如，為提尚柳 接用的高強(qiáng)鋁合金的綜合性能，主要是在追求材料高強(qiáng)度的同時，降低由于強(qiáng)度提高對抗 應(yīng)力腐蝕性能、斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度等造成不良影響。同時，各行業(yè)對高強(qiáng)鋁合金的要求日 益提尚，并提出了尚載荷、輕質(zhì)化、尚強(qiáng)、尚初、尚申旲量、良好的耐蝕性能及焊接性能等一系 列要求，而現(xiàn)有的高強(qiáng)鋁合金因斷裂韌性差或強(qiáng)度低造成零件尺寸較厚，無法滿足高載荷， 輕質(zhì)化，低成本要求，迫切需要新型輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行更新?lián)Q代。
[0003] 國際上高強(qiáng)鋁合金研制基本上是沿著高強(qiáng)度、低韌性一高強(qiáng)度、高韌性一高強(qiáng)度、 高韌性、耐腐蝕方向發(fā)展。前蘇聯(lián)與美國先后發(fā)現(xiàn)往高強(qiáng)鋁合金中添加 Sc元素可減少由于 添加 Cu元素造成合金焊接過程中的熱裂紋傾向，明顯改善合金的強(qiáng)度和焊接性能，為此相 繼開發(fā)出含Sc的高強(qiáng)鋁合金。
[0004] 近年來，俄羅斯采取向Al-Zn-Mg合金中添加 Sc和Zr的方法，開發(fā)出抗疲勞性能、 焊接性能和韌性好的高強(qiáng)鋁合金1975U970等。國內(nèi)的高強(qiáng)鋁合金發(fā)展歷程與國外相同， 目前國內(nèi)也開展了可焊高強(qiáng)鋁合金的實(shí)驗(yàn)室試制。但是，我國在研宄高強(qiáng)高韌鋁合金時追 求高強(qiáng)度高韌性卻忽視了降低材料的生產(chǎn)成本，同時我國現(xiàn)有的高強(qiáng)高韌鋁合金所能達(dá)到 的水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外水平，所以迫切需要研宄出更多成本低廉和韌性優(yōu)良的新型高強(qiáng) 鋁合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種稀土改性鋁合金材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)存鋁 合金因斷裂韌性差或強(qiáng)度低造成零件尺寸較厚，無法滿足高載荷和輕質(zhì)化要求，且生產(chǎn)成 本高的問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種稀土改性鋁合金材料，所述鋁合金材料包括以下按重 量百分比計(jì)各元素 ：Zn :6%，Mg :2%，Cu :2%，Mn :0· 2%，Ni :0· l%，Cr :0· l%，Ti :0· 08%， Zr :0. 15, Er :0. 2%，Yb :0. 3,單個雜質(zhì)量不大于0.05%，雜質(zhì)總量不大于0. 15%，余量為 Alo
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述稀土改性鋁合金材料的制備方法，該制備方法包括以下 步驟：
[0008] (1)按權(quán)利要求1所述重量百分比稱取以下元素單質(zhì)：Zn、Mg、Cu、Mn、Ni、Cr、Ti、 Zr、Er、Yb 以及 Al ;
[0009] ⑵熔制
[0010] 先熔化Al單質(zhì)，完全熔化溫度達(dá)850°C，再加 Cu，熔化完后加入中間合金，中間合 金包括Mn、Ni、Cr、Ti、Zr、Er、Yb單質(zhì)，最后依次加 Mg、Zn單質(zhì)；完全熔化后再除氣除渣，靜 置，當(dāng)溶液溫度達(dá)750°C時即澆鑄鑄錠；
[0011] (3)均勻化
[0012] 將鑄錠去表層1~2毫米，然后放入均勻化爐中，在410°C下保溫24小時，再降溫 至120度以下，出爐空冷，得到均勻化鑄錠；
[0013] ⑷熱塑性變形
[0014] 將均勻化鑄錠在450°C下進(jìn)行熱軋和熱擠壓，控制總變形量不小于60%，得到變 形鑄錠；
[0015] (5)熱強(qiáng)化處理-固溶時效
[0016] 將變形鑄錠在470°C下保溫4小時立即水淬，然后在120°C下時效24小時后空冷， 得到稀土改性鋁合金材料。
[0017] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種稀土改性鋁合金材料及其制備方 法。一種微合金化元素在一定范圍內(nèi)會有效提高合金的綜合性能，在本發(fā)明中，通過添加 微量的Er、Zr及Yb等微合金化元素，有效地改善了鋁合金的組織結(jié)構(gòu)，細(xì)化了晶粒，提高 了綜合性能，尤其是力學(xué)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本的平衡，滿足了高載荷和輕質(zhì)化要求。Er有強(qiáng)烈 的變質(zhì)作用，初生相Al3Er和Al3Sc相類似，作為非均質(zhì)形核核心，大大提高形核率，細(xì)小的 Al3Er顆粒對位錯和亞晶界具有釘扎作用，阻礙位錯重組和亞晶界的迀移，從而延緩亞晶的 形核和長大，顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。金屬Er成本遠(yuǎn)低于金屬Sc，從而大大降低了合金的生 產(chǎn)成本，利于此合金的推廣與使用。與單獨(dú)加入Zr，形成Al3Zr彌散相相比，組合添加 Zr、 Yb后形成的Al3(Zr，Yb)彌散相數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于Al-Zr合金中析出的Al3Zr彌散相，Al 3(Zr， Yb)彌散相析出密度更大、細(xì)小且均勻。Al3(Zr，Yb)彌散相顯著提高再結(jié)晶能力，在擠壓變 形后，基本保持纖維狀組織，抑制了基體再結(jié)晶。同時，這些粒子可與位錯和亞晶界具有強(qiáng) 烈的交互作用，具有強(qiáng)烈的應(yīng)力場，形成共格強(qiáng)化。這些彌散粒子釘扎住位錯與晶界，合金 在受到外力時，位錯大量增殖，位錯間交割形成大量不可動位錯，從而使合金基體的強(qiáng)度提 高，形成位錯強(qiáng)化。位錯大量留在基體內(nèi)，也減少了其在晶界、亞晶界塞積，使合金不易在晶 界處形累積，造成裂紋源，從而提高了合金的整體強(qiáng)度。
[0018] 相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過向鋁合金 中復(fù)合添加微量的Er、Zr及Yb等微合金化元素（Yb既可以提高鋁合金的強(qiáng)度又可以提高 其斷裂韌性，Er是取代Sc的理想元素，有效降低生產(chǎn)成本），并通過優(yōu)化的強(qiáng)化固溶處理， 得到的稀土改性鋁合金材料，具有低成本、高強(qiáng)度以及優(yōu)良的沖擊韌性（強(qiáng)度和沖擊韌性 皆有所提高，其極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)710MPa以上，屈服強(qiáng)度可達(dá)到650MPa以上，材料伸長率 高于8%)，綜合性能有顯著提高，解決了現(xiàn)有高強(qiáng)鋁合金因強(qiáng)度低造成零件尺寸較厚，無 法滿足高載荷、輕質(zhì)化要求，以及由于生產(chǎn)成本高，不利于推廣和使用的問題，可用廣泛于 航空航天、核工業(yè)、交通運(yùn)輸、機(jī)械電子、兵器等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)元件。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 稀土改性鋁合金材料的制備方法，包括以下步驟：
[0022] (1)按以下按重量百分比配比各材料：
[0023] 配料a:按重量百分比計(jì)稱取以下元素單質(zhì)Zn :6%，Mg :2%，Cu :2%。
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