CN101705401A - 稀土Er微合金化的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种稀土Er微合金化的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金属于金属合金技术领域。本发明所提供的含微量Er的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金，其特征在于：在Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金中加入了占最终产物总重量0.01～1.0％的稀土Er。由于稀土元素Er的加入，能显著细化Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金晶粒，使Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金的延伸率有了相当大的提高，并且抗拉强度和屈服强度均有所提高。

Description

稀土Er微合金化的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属合金技术领域，具体涉及一种经过微合金化的铝合金材料及其制备方法。
技术背景
稀土在铝合金中具有去杂、出气和变质等作用。稀土铒添加到纯铝、Al-Mg、Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金中均发现能显著细化晶粒，提高合金强度，抑制再结晶(N.Zuoren，J.Tounan，F.Jingbo.Resarch on rare earth in aluminum[J].Maaterials Science Forum，2002，1731：396-402；YANG Junjun，NIE Zuoren，JINTounan，et al.Effect of trace rare-earth element Er on rectystallization behavior ofhigh pure aluminum[J].Rare-earth Rare Metal Materials and Engineering，2003，32(1)：37-40)。以7XXX为代表的高强铝合金在航空航天和交通领域的应用日益广泛，目前对其的研究主要集中在净化、热处理工艺的选择、强韧化及腐蚀机理上(S.K.Maloney，1.J.Polmear and S.P.Ringer，Characteristics of η′and ηprecipitates in Ag-modified Al-Zn-Mg alloys，Materials Science Forum Vols，396-402(2002)：631-636；LIU J H，LI D.Investigation of stress corrosion cracking of7xxx series aluminum alloys[J].Corrosion Science and Protection Technology，2001，13(4)：218-222)。将稀土铒添加到Al-Zn-Mg-Mn-Zr(锌4.6～5.3wt.％，镁1.3～1.9wt.％，锰0.3～0.5wt.％、锆0.08～0.20wt.％、铁和硅等杂质量的总和小于0.8％，铝为余量)合金中，结果发现Er的添加明显细化合金的铸态晶粒，并且力学性能还有所提高。在铝合金中添加少量Er元素会大幅度提高生产成本。有关在Al-Zn-Mg-Mn-Zr中添加稀土Er元素，至今尚未见任何报道。
发明内容
本发明的目的在于寻找一种价格相对便宜的稀土元素，以合适的量加入到Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金中，能与合金发生有效的微合金化作用，从而细化合金的晶粒组织，而力学性能也有所提高。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单的制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金板材的方法。
为实验上述目的，本发明采取以下设计方案：
本发明所提供的含微量铒的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金，其特征在于：Al-Zn-Mg-Mn-Zr(锌4.6～5.3wt.％，镁1.3～1.9wt.％，锰0.3～0.5wt.％、锆0.08～0.20wt.％，铁和硅等余量总和小于0.8％，铝为余量)合金中加入了占最终产物总重量0.01～1.0％的稀土Er。
以上所述的稀土铒的优选含量范围为0.01～0.4％。
Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金板材的制备工艺如下：
步骤一：以高纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料在780～800℃温度下熔制成合金熔液，浇铸温度为700～720℃.熔炼成合金铸锭；
步骤二：将合金铸锭在470℃均匀化退火18h小时；
步骤三：将经过步骤二退火后的合金铸锭在470℃预热2h，然后进行热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过470℃的中间退火1h并冷轧，总压下量为75％，制得合金板材坯料。
步骤四：将步骤三得到的合金板材坯料在经过470℃经过25min固溶处理，然后在100℃下进行10h的预时效和155℃下进行10h的过时效后，得到最终产品。
本发明具有以下有益效果：
由于稀土元素Er的加入，使得Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金的铸态晶粒细化(图1)，并且合金的硬度、延伸率、抗拉伸强度和屈服强度基本上也有提高(如图2)。
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明：
图1：图1为实验合金铸态金相显微组织
(1)Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr
(2)Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.1Er
(3)Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.2Er
(4)Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.4Er
(5)Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-1.0Er
图2：Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr合金时效态力学性能与Er含量关系曲线
具体实施方式：
实例1：采用常规铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金。本实验分别以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料采用铁模铸造法熔制实验合金，六氯乙烷(C2Cl6)除气。熔炼成成分为Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr的合金铸锭。经470℃×18h小时均匀化退火后切头铣面，预热470℃×1h并热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过中间退火470℃×1h并冷轧，75％的总压下量，制得1.5mm厚板材。经过470℃×25min固溶处理，然后在100℃×10h的预时效和155℃×10h的过时效后，测试其性能。
实例2：采用常规铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金本实验分别以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-6.0Er、Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料采用铁模铸造法熔制实验合金，六氯乙烷(C2Cl6)除气。熔炼成成分为Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.1Er的合金铸锭。经470℃×18h小时均匀化退火后切头铣面，预热470℃×1h并热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过中间退火470℃×1h并冷轧，75％的总压下量，制得1.5mm厚板材。经过470℃×25min固溶处理，然后在100℃×10h的预时效和155℃×10h的过时效后，测试其性能。
实例3：采用常规铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金本实验分别以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-6.0Er、Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料采用铁模铸造法熔制实验合金，六氯乙烷(C2Cl6)除气.熔炼成成分为Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.2Er的合金铸锭.经470℃×18h小时均匀化退火后切头铣面，预热470℃×1h并热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过中间退火470℃×1h并冷轧，75％的总压下量，制得1.5mm厚板材.经过470℃×25min固溶处理，然后在100℃×10h的预时效和155℃×10h的过时效后，测试其性能.
实例4：采用常规铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金本实验分别以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-6.0Er、Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料采用铁模铸造法熔制实验合金，六氯乙烷(C2Cl6)除气。熔炼成成分为Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-0.4Er的合金铸锭。经470℃×18h小时均匀化退火后切头铣面，预热470℃×1h并热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过中间退火470℃×1h并冷轧，75％的总压下量，制得1.5mm厚板材。经过470℃×25min固溶处理，然后在100℃×10h的预时效和155℃×10h的过时效后，测试其性能。
实例5：采用常规铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Mn-Zr-Er合金本实验分别以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-6.0Er、Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料采用铁模铸造法熔制实验合金，六氯乙烷(C2Cl6)除气。熔炼成成分为Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr-1.0Er的合金铸锭。经470℃×18h小时均匀化退火后切头铣面，预热470℃×1h并热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过中间退火470℃×1h并冷轧，75％的总压下量，制得1.5mm厚板材。经过470℃×25min固溶处理，然后在100℃×10h的预时效和155℃×10h的过时效后，测试其性能。
随着铒元素的添加，合金的铸态组织明显细化，延伸率、抗拉强度和屈服强度有所提高。含Er的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金在添加0.2％时，综合效果做好。

Claims (2)

1.稀土Er微合金化的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金，其特征在于该材料含有稀土元素Er，经调整后的组成及其质量百分含量为：锌4.5～5.3％，镁1.3～1.9％，锰0.3～0.5％，锆0.08～0.20％，铒0.01～1.0％，铁、硅及其他元素总量小于0.8％，其余为铝。
2.稀土Er微合金化的Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：以纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn和Al-10.02Mn、Al-4.56Zr中间合金为原料在780～800℃温度下熔制成合金熔液，浇铸温度为700～720℃。熔炼成合金铸锭；
步骤二：将合金铸锭在470℃均匀化退火18h小时；
步骤三：将经过步骤二退火后的合金铸锭在470℃预热1h，然后进行热轧，总压下量为80％，冷却到室温后经过470℃的中间退火1h并冷轧，总压下量为75％，制得合金板材坯料。
步骤四：将步骤三得到的合金板材坯料在经过470℃经过25min固溶处理，然后在100℃下进行10h的预时效和155℃下进行10h的过时效后，得到最终产品。
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