CN101323922A - 含镨抗再结晶耐蚀铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗再结晶耐蚀铝合金,该合金由主合金元素Al-Mg-(Zn-Cu),以及占合金质量百分比为0.1~1.3%的Zr-Cr-Pr组成。通过在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中,复合添加Zr、Cr和Pr,形成多元铝化物弥散相,有效抑制Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再结晶,保持形变回复组织,提高了合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能;且Zr、Cr和Pr价格相对便宜,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属合金领域,特别涉及抗再结晶耐蚀铝合金。
背景技术
通过多元微合金化形成微细弥散相,有效地抑制再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织,是同时提高铝合金强度和抗腐蚀性能的途径之一。早期,通过加入微量Cr、Mn形成非共格铝化物弥散相。后改为加入Zr,形成亚稳L12型Al3Zr弥散相,这样提高了抑制再结晶的抗力,改善了应力腐蚀抗力,但亚稳L12型Al3Zr在高温长时均匀化和固溶处理中会转变为非共格的稳定DO23型Al3Zr弥散相,因此,抑制再结晶的作用会随之降低。加入微合金化元素Sc是目前抑制再结晶效果最好的办法,它可以形成与基体共格的微细Al3Sc弥散相粒子,在提高强度的同时能改善合金的韧性和抗应力腐蚀性能;也可以用Zr代替部分Sc,形成多元铝化物,效果更为显著。但由于Sc的价格昂贵,目前市面价格约为4万元人民币/千克,因此,难以实际用于工业铝合金的生产。
发明内容
本发明的目的是在Al-Mg-(Zn-Cu)铝合金中复合添加价格便宜的微合金化元素,以形成新型高效的多元铝化物弥散相,有效抑制合金的再结晶,提高合金的强度、抗断裂韧性和抗应力腐蚀性能。
本发明的详细技术方案为:一种抗再结晶耐蚀铝合金,包括主合金元素Al-Zn-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Mg或Al-Cu-Mg,以及总含量占合金质量百分比为0.1~1.3%的Zr-Cr-Pr。其中Zn、Mg、Cu占合金的质量百分比为:Zn:0~9.2%;Mg:0.2~5.6%;Cu:0~6.8%。
其中Zr、Cr和Pr占合金的质量百分比分别为:Zr:0.02~0.35%;Cr:0.04~0.5%;Pr:0.03~0.45%。
在上述铝合金中,还可微量添加Mn、Ti,加入Mn、Ti的质量百分比为:Mn:0~0.5%;Ti:0~0.1%。
本发明在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中添加Zr的同时,复合添加Cr和稀土元素Pr,形成多元弥散相,有效抑制了Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再结晶,保持形变回复组织,提高了Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。而且Zr、Cr等微合金和稀土金属Pr价格相对便宜,适于工业化生产。本发明的含Zr和Cr和稀土元素Pr的抗再结晶耐蚀Al-Mg-(Zn-Cu)合金,可应用到各个领域。
附图说明
图1:对比例1的A-1合金固溶态金相显微组织图;
图2:对比例2的A-2合金固溶态金相显微组织图;
图3:对比例3的A-3合金固溶态金相显微组织图;
图4:对比例4的A-4合金固溶态金相显微组织图;
图5:对比例5的A-5合金固溶态金相显微组织图;
图6:对比例6的A-6合金固溶态金相显微组织图;
图7:对比例7的A-7合金固溶态金相显微组织图;
图8:对比例8的A-8合金固溶态金相显微组织图;
图9:实施例1的B-1合金固溶态金相显微组织图;
图10:实施例2的B-2合金固溶态金相显微组织图;
图11:实施例3的B-3合金固溶态金相显微组织图;
图12:实施例4的B-4合金固溶态金相显微组织图;
图13:实施例5的B-5合金固溶态金相显微组织图;
图14:实施例6的B-6合金固溶态金相显微组织图;
图15:实施例7的B-7合金固溶态金相显微组织图;
图16:实施例1的B-1合金时效态透射电镜组织图;
图17:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例1、实施例1的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图;
图18:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例2、实施例2的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图;
图19:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例3、实施例3的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图;
图20:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例4、实施例3的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图;
图21:T6时效态下3.5%NaCl水溶液中对比例5、实施例4的合金裂纹扩展速率v-应力强度因子曲线图。
具体实施方式
对比例1:铸锭冶金法制备表1中的A-1合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Zr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
对比例2:制备表1中的A-2合金。制备方法如对比例1所述。
对比例3:制备表1中的A-3合金。制备方法如对比例1所述。
对比例4:制备表1中的A-4合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
对比例5:制备表1中的A-5合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Zr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
对比例6:制备表1中的A-6合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu中间合金,降至760℃,加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
对比例7:制备表1中的A-7合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为760℃,高纯铝熔化后,加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
对比例8:制备表1中的A-8合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Cr、Al-Mn、Al-Ti中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例1:制备表中B-1合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例2:制备表中B-2合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例3:制备表中B-3合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例4:制备表中B-4合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例5:制备表中B-5合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例6:制备表中B-6合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
实施例7:制备表中B-7合金。将高纯铝(纯度为99.99%)加入到石墨粘土坩埚,在电阻坩埚炉中熔炼,熔炼温度为780℃,高纯铝熔化后,加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Cr、Al-Mn、Al-Ti、Al-Pr中间合金,降至760℃,加入工业纯Zn(纯度为99.9%),熔化并充分搅拌均匀后加入工业纯Mg(纯度为99.9%),除去表面渣后,加入0.2%~0.4%的六氯乙烷(C2Cl6)精炼剂排渣除气,静置10~15分钟,浇入铁模中,冷却后脱模。
A-1合金、A-2合金、A-3合金、A-4合金、B-1合金、B-2合金、B-3合金铸锭经465℃/24h均匀化退火后,再在410℃~430℃进行热挤压,挤压比为12.2,之后进行固溶处理,固溶制度如下:450℃保温1小时,升温至470℃保温1小时,继续升温至480℃保温2小时,冷水淬火,T6时效(130℃保温24小时)。
A-5合金、B-4合金、A-8合金、B-7合金铸锭经465℃/24h均匀化退火后,再在410℃-430℃进行热挤压,挤压比为12.2,之后进行固溶处理,固溶温度为475℃,冷水淬火,T6时效(120℃保温24小时)。
A-6合金、B-5合金铸锭经500℃/20h均匀化退火后,再在410℃~430℃进行热挤压,挤压比为12.2,之后进行固溶处理,固溶制度如下:490℃保温2小时,升温至506℃保温20分钟,冷水淬火,T6时效(160℃保温18小时)。
A-7合金、B-6合金铸锭经470℃/13h均匀化退火后,再在410℃~430℃进行热挤压,挤压比为12.2,之后进行固溶处理,固溶制度如下:450℃保温1小时,升温至470℃保温1小时,继续升温至480℃保温1小时。
取合金固溶态试样,电解抛光及阳极覆膜后在MeF3A金相显微镜下用偏振光观察微观组织。图1~8分别为A-1~A-8合金的固溶态显微组织图;图9~图15分别为B-1~B-7合金的固溶态显微组织图。用JEOL-100透射电子显微镜观察B-1合金及时效后析出相的分布状态,图16为B-1合金的时效态透射电镜组织。
对比例的A-1~A-8(对应参见附图1~8)合金经挤压、固溶处理后已经发生完全或部分再结晶。而复合添加Zr-Cr-Pr的B-1~B-7合金(对应参见附图9~15)的固溶态显微组织为纤维状的加工态组织,未发生再结晶。
在Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中,单独添加微量Zr的A-1、A-2、A-3、A-5合金已经发生明显的再结晶(对应参见附图1~3、5),而复合添加Zr-Cr-Pr的B-1、B-2、B-3、B-4仍基本保持纤维状的加工态组织(对应参见附图9~12),与已经发生部分再结晶的A-8合金比(参见附图8),复合添加Zr-Cr-Pr的B-7合金仍基本保持纤维状的加工态组织(参见附图15)。因此说,Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中复合添加Zr-Cr-Pr较好地抑制了再结晶。
在Al-Cu-Mg和Al-Mg合金中,未添加Zr-Cr-Pr的A-6、A-7合金发生明显的(完全)再结晶并为细小等轴晶粒(对应参见附图6、7),而复合添加Zr-Cr-Pr的B-5、B-6合金仍基本保持纤维状的加工态组织(对应参见附图13、14),因此说,Al-Cu-Mg或Al-Mg合金中复合添加Zr-Cr-Pr较好地抑制了再结晶。
表2是T6时效态下,微合金化Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的硬度、力学性能和应力强度因子数据表。从表2中可以看出,添加Zr-Cr-Pr的B-1合金时效态的硬度、力学性能和应力腐蚀性能均优于对比例1中的A-1合金;添加Zr-Cr-Pr的B-2合金时效态的硬度、力学性能和应力腐蚀性能均优于对比例2中的A-2合金;添加Zr-Cr-Pr的B-3合金时效态的硬度、力学性能和应力腐蚀性能均优于对比例3添加Zr的A-3合金和对比例4添加Zr-Sc的A-4合金;添加Zr-Cr-Pr的B-4合金时效态的硬度、力学性能和应力腐蚀性能均优于对比例5中的A-5合金。添加Zr-Cr-Pr的B-7合金时效态的硬度、力学性能和应力腐蚀性能均优于对比例8中的A-8合金。
添加Zr-Cr-Pr的B-1合金应力腐蚀性能优于对比例1仅含Zr的A-1合金(参见附图17);添加Zr-Cr-Pr的B-2合金应力腐蚀性能优于对比例2仅含Zr的A-2合金(参见附图18);添加Zr-Cr-Pr的B-3合金应力腐蚀性能优于对比例3仅含Zr的A-3合金(参见附图19);添加Zr-Cr-Pr的B-3合金应力腐蚀性能均优于对比例4含Zr-Sc的A-4合金(参见附图20);添加Zr-Cr-Pr的B-4合金应力腐蚀性能优于对比例5含Zr的A-5合金(参见附图21)。以上说明,添加Zr-Cr-Pr不但提高了Al-Zn-Mg-(Cu)合金的强度、塑性和抗断裂韧性,同时还提高了合金的抗应力腐蚀性能。
表1各应用例中的合金成分(质量百分数,%)
表2T6时效态下微合金化Al-Zn-Mg-(Cu)合金的硬度、力学性能和应力强度因子
注:KIC测试时裂纹扩展方向为挤压方向
Claims (3)
1.一种抗再结晶耐蚀铝合金,包含主合金元素Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg或Al-Mg或Al-Mg-Cu,其特征在于:还包含占合金质量百分比为0.1~1.3%的Zr-Cr-Pr,所述Zn、Mg、Cu元素占合金的质量百分比分别为:Zn:0~9.2%;Mg:0.2~5.6%;Cu:0~6.8%。
2.如权利要求1所述的铝合金,其特征在于:所述Zr、Cr和Pr占合金的质量百分比分别为:Zr:0.02~0.35%;Cr:0.04~0.5%;Pr:0.03~0.45%。
3.如权利要求1或2所述的铝合金,其特征在于:所述铝合金还包含Mn、Ti,所述Mn、Ti占合金的质量百分比为:Mn:0~0.5%;Ti:0~0.1%。
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CNA2007100351099A CN101323922A (zh) | 2007-06-12 | 2007-06-12 | 含镨抗再结晶耐蚀铝合金 |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN108478819A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-04 | 刘春英 | 一种护理科用蒸汽灭菌器 |
RU2691475C1 (ru) * | 2018-09-24 | 2019-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Литейный алюминиевый сплав с добавкой церия |
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2007
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