CN102828075A - 一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金及其制备方法。所述的Al-Mg-Sm铝合中各组分的重量百分比为：9.5~11.0%Mg，0.1~0.6%Sm，余量为Al。熔炼时以Al-Sm中间合金的形式向铝合金中添加Sm，将制得的铝合金进行固溶处理，温度为430~440℃，时间为8~10h，然后在60~100℃水中淬火。本发明的技术效果是：在铝合金中加入稀土Sm不会提高生产成本，并且稀土Sm的加入能明显改善Al-Mg合金的显微组织，细化球化晶粒，改变第二相形态，阻止β（Mg2Al3）相在晶界上的析出，从而大幅度提高合金强度。而且工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。

Description

一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝硅合金，具体涉及一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金及其制备方法。 
背景技术
铝合金作为金属材料中典型的轻质材料，具有高强度、低密度、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优良特性，在机械、化工、汽车、建筑、航空、航天领域得以广泛应用。对铝合金铸锭来说，细化晶粒可使其内部组织均匀，减少偏析，提高塑性及抗拉强度，防止裂纹和缩孔等缺陷。
Al-Mg系合金是铸造铝合金中密度最小，强度最高铝合金，合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性。微量添加一种或几种复合元素进一步提高铝合金的力学性能是未来铝合金的重要研究方向，而稀土元素具有变质作用、精炼和净化作用、合金化作用，是实现这一目标的最佳选择。
稀土元素具有独特的电子层结构及物理化学性质，有独特的4f电子结构、大的原子磁矩、很强的自旋偶合特性，对铝合金的影响也相当独特。稀土元素的变质作用具有长效性及重熔稳定性特点，比其他变质剂要好，且具有较好的脱氧和脱硫能力。
国内外对稀土铝合金的研究日益增多，但对于稀土Sm对Al-Mg系铸造铝合金的组织与性能的影响还未见报道，因此具有较大的研究价值。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金及其制备方法 ，Sm以合适的量加入到Al -Mg合金中，能有效改善合金的显微组织，以提高合金的力学性能。
本发明所提供的Al-Si-Sm稀土铸造铝合金，其特征在于：在Al-Mg合金中添加了稀土铸造铝合金重量百分比为0.1~0.6%的Sm，所述的Al-Mg合金中Mg的重量百分比为9.5~11.0%，余量为Al。
本发明所提供的Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金制备方法为：
（1）将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg和Al-Sm中间合金。在690~710℃温度范围内，将上述合金熔体保温8~10分钟后施加搅拌，搅拌时间为3~5分钟，搅拌速度为40~50转/分钟，然后再保温8~10分钟后对合金熔体进行除气、精炼。最后将上述合金熔体升至740~750℃，静置8~10分钟，浇铸至金属型模具中。
（2）将上述所得合金在430~440℃，保温8~10h后在60~100℃水中淬火。
本发明的技术效果是：在铝合金中加入稀土Sm不会提高生产成本，并且稀土Sm的加入能明显改善Al-Mg合金的显微组织，细化球化晶粒，改变第二相形态，阻止β（Mg2Al3）相在晶界上的析出，从而大幅度提高合金强度。而且工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。
附图说明
图1为 Al-10Mg（质量分数）合金的显微组织；
图2为 Al—10.5Mg -0.4Sm（质量分数）合金的显微组织。
具体实施方式
本发明将通过一下实施实例作进一步说明。
实施实例1
合金的成分（质量分数）为：10%Mg，余量为Al。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg。将上述合金熔体在700℃保温10分钟后对熔体进行除气、精炼，然后将合金熔体温度升至740℃，静置8分钟，浇铸至金属型模具中。将上述所得合金在430℃，保温8h后在60℃水中淬火。
实施实例2
合金的成分（质量分数）为：9.5%Mg，0.2%Sm，余量为Al。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg和Al-Sm中间合金。将上述合金熔体在690℃保温9分钟后施加搅拌，搅拌时间为5分钟，搅拌速度为45转/分钟，然后再保温9分钟后对熔体进行除气、精炼。最后将上述合金熔体升至745℃，静置9分钟，浇铸至金属型模具中。将上述所得合金在435℃，保温9h后在8℃水中淬火。
实施实例3：
合金的成分（质量分数）为：10.5%Mg，0.4%Sm，余量为Al。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg和Al-Sm中间合金。将上述合金熔体在710℃保温10分钟后施加搅拌，搅拌时间为5分钟，搅拌速度为50转/分钟，然后再保温10分钟后对熔体进行除气、精炼。最后将上述合金熔体升至750℃，静置10分钟，浇铸至金属型模具中。将上述所得合金在440℃，保温10h后在100℃水中淬火。
实施实例4：
合金的成分（质量分数）为：11%Mg，0.6%Sm，余量为Al。
按上述成分配制合金，其熔铸工艺为：将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg和Al-Sm中间合金。将上述合金熔体在710℃保温10分钟后施加搅拌，搅拌时间为5分钟，搅拌速度为50转/分钟，然后再保温10分钟后对熔体进行除气、精炼。最后将上述合金熔体升至740℃，静置8分钟，浇铸至金属型模具中。将上述所得合金在440℃，保温10h后在80℃水中淬火。合金的热处理工艺为：440℃固溶处理10h后，在80℃水中淬火。
将上述四个实施实例中获得的铸锭按GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法加工成拉伸试样，在拉伸试验机上测试不同含量Sm含量合金的拉伸力学性能，表1所示为Al-Mg -Sm合金的力学性能。
从表1可以看出，随着Sm含量的增加，合金的力学性能大幅增加，当Sm的含量增加到0.4%时，合金的抗拉强度达301MPa，较没有加入Sm时，合金基体提高了13%，同时延伸率变化不大。
将实施实例1和实施实例3制得的铸态条件下的合金取样，经打磨、抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察合金显微组织，如附图1（实施实例1）和附图2（实施实例3）所示。从附图中可以看出，稀土Sm的加入能明显改善Al-Mg合金的显微组织，细化球化晶粒，改变第二相形态，阻止β（Mg2Al3）相在晶界上的析出，从而大幅度提高合金强度。而且工艺简单、安全可靠，操作方便，且无三废污染。
 
表1. Al-Si-Sm合金的力学性能
Figure 650997DEST_PATH_IMAGE001

Claims (2)

1. 一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金，其特征在于：在Al-Mg合金中添加了稀土铸造铝合金重量百分比为0.1~0.6%的Sm，所述的Al-Mg合金中Mg的重量百分比为9.5~11.0%，余量为Al。
2.一种权利要求1所述的一种Al-Mg-Sm稀土铸造铝合金的制备方法，其特征在于：
（1）将纯Al加入到石墨坩埚中，在电阻炉中加热至熔化后，加入纯Mg和Al-Sm中间合金，在690~710℃温度范围内，将上述合金熔体保温8~10分钟后施加搅拌，搅拌时间为3~5分钟，搅拌速度为40~50转/分钟，然后再保温8~10分钟后对合金熔体进行除气、精炼，最后将上述合金熔体升至740~750℃，静置8~10分钟，浇铸至金属型模具中；
（2）将上述所得合金在430~440℃，保温8~10h后在60~100℃水中淬火。
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