CN103103407B - 一种高热稳定性的变形铝合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高热稳定性的变形铝合金及制备方法，属于有色金属技术领域。按照铒：0.3%，锆：0.3-0.6%，其余为铝和不可避免的杂质，在电阻炉中熔炼铝，温度为750-800℃在熔铝中加入Er和Zr的中间合金，升温至900℃后，搅拌、除渣，金属液静置冷却到850℃后铁模浇注成锭，待铸锭凝固后迅速取出铸锭水冷至室温；铝合金铸锭铣面加工，在轧机上冷轧，保持变形量在70-90%。该成分变形铝合金在375℃温度下退火150小时后，仍未没有发生，明显的再结晶现象出现，有较好的热稳定性。

Description

一种高热稳定性的变形铝合金及制备方法

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及Er和Zr合金元素在铝中的添加量及变形铝合金的制备工艺，Er和Zr的加入可以有效提高变形铝合金的热稳定性。

技术背景

文献的调查结果表明，在铝合金中加入微量的Er元素，经时效处理后可以弥撒析出与铝基体保持共格关系的Al₃Er二次相，对合金强度有所贡献，但是在300℃以上保温时，析出的Al₃Er相会迅速粗化，使得弥散强化作用几乎消失。而Zr元素的加入会改善铝合金的热稳定性，，在时效时过程中形成的Al₃Zr二次析出相能在400℃长时间保温后仍与铝基体保持共格或半共格关系。Al₃Zr有良好的抗粗化能力，是由于Zr元素在Al基体中的扩散速度较慢，相比于与Er元素的扩散速度低几个数量级（300℃时，D_Zr=6.4×10^-24，D_Er=（4±2）×10^-19）。添加Er和Zr的铝合金，经历时效会形成核壳结构的Al₃（Er、Zr）复合析出相，核心为富Er的Al₃（Er、Zr）相外层则是包裹着富Zr的Al₃（Er、Zr）相。相比于单独添加Er或者Zr的二元合金，在铝基体中复合析出相的数密度有很大程度的增加，同时析出相具有良好的抗粗化性能。含有微量的Er、Zr元素的铝合金在经过剧烈的塑性变形后，由于高密度的位错作为Er和Zr的快速扩散通道，所以相对铸态而言，Al₃（Er，Zr）复合相析出温度更低，析出速度更快，析出数量更多。同时，这些弥散的二次析出相多数会沿着位错线优先析出，对位错的钉扎作用非常显著，在退火过程中会强烈的阻碍位错的运动，继而提高铝合金的热稳定性。但是，国内外对于Er和Zr的复合添加及其含量对于提高变形铝合金热稳定性没有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种较高热稳定性的变形铝合金。通过Er和Zr的复合加入，在变形铝合金中析出细小弥散的Al₃（Er，Zr）粒子，位错位置优先析出二次相粒子，在接下来的退火过程中二次相粒子钉扎位错的作用显著，强烈阻碍位错的运动，从而获得较高的热稳定性。

本发明所提供的较高热稳定性的变形铝合金制备方法，包括以下步骤：

（1）铝合金铸锭的成分和重量百分比：铒：0.3%，锆：0.3-0.6%，其余为铝和不可避免的杂质。在电阻炉中熔炼精铝锭，使其温度为750-800℃在熔铝中加入Er和Zr的中间合金，熔融金属液升温至900℃后，经搅拌、除渣，金属液静置冷却到850℃后铁模浇注成锭，待铸锭凝固后迅速取出铸锭水冷至室温。

（2）将步骤（1）中的铝合金铸锭铣面加工，在轧机上冷轧，保持变形量在70-90%。

本发明通过Er和Zr元素的添加，使基体中析出细小弥撒的Al₃(Er，Zr)的第二相粒子，能够有效的钉扎位错，阻碍位错的运动从而提高变形铝合金的热稳定性。相比于本发明中的其他三元Al-Er-Zr变形合金，热稳定最好的变形铝合金成份含量为：Al-0.3wt.%Er-0.4wt.%Zr。该成份的变形铝合金在425℃退火1小时后硬度下降幅度约为10%。而二元的Al-0.3wt.%Er同样变形量的铝合金，在300℃退火1h后硬度下降约为10%；二元Al-0.4wt.%Zr同样变形量的铝合金在经过350℃退火1h后硬度下降幅度约为10%。此外，该成份的铝合金在退火过程中的绝对硬度值也较高，相比二元的Al-0.4wt.%Zr变形合金显微硬度提高25%左右。同时，该成分变形铝合金在375℃温度下退火150小时后，仍未没有发生，明显的再结晶现象出现，有较好的热稳定性。

本发明具有以下有益效果：

经过本发明所提供的制备工艺得到的变形铝合金板材，具有较高的热稳定性，Er、Zr元素的加入对于变形铝合金的稳定性提供有很大帮助。本发明中提供的变形铝合金冷轧变形量较大，基体中会产生较大应力应变场，形成了密度较高的位错，高密度的位错为二次相提供更多的形核位置，也为Er和Zr提供了快速扩散通道，使得退火过程中二次析出相Al₃（Er，Zr）相比于铸造态更加容易，即在较低的退火温度下，或者较短的退火时间内就可以析出细小弥撒的Al₃（Er，Zr）二次相。这些在位错出析出的二次相，对位错的运动起到钉扎作用，阻碍位错的运动，从而提高变形铝合金的热稳定性。

附图说明

图1为实施例1～3和对比例1～3在不同退火温度下保温1小时显微硬度变化曲线，最高退火温度为600℃；

图2为实施例1～3和对比例1～3等温退火显微硬度变化曲线，退火温度为375℃，保温时间从0开始到150小时结束。

具体实施方式

下面结合附图及实施例、对比例对本发明作进一步阐述，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

1）在熔融的铝液中加入Al-6wt.%Er和Al-4wt.%Zr中间合金，使熔体中元素含量为：铒：0.3%，锆：0.3%，其余为铝和不可避免的杂质。制作铝合金时在电阻炉中加入高纯铝锭，加热温度为750℃，在熔铝中加入中间合金，升温到金属液温度为900℃后，经搅拌、精炼、除渣，静置冷却到金属液温度为850℃，充分搅拌后浇注到铁模中，铸锭凝固后迅速取出铸锭水冷至室温。铸锭尺寸为：200*100*35mm。

2）对步骤1)中的铸锭冷轧变形，铸锭轧制前高度35mm，冷轧轧制成3.5mm厚的板材，变形量为90%。

3）将步骤2）的变形铝合金进行不同温度保温1小时退火，退火温度最高为600℃。同时，将步骤2）的变形铝合金进行等温退火，等温退火的温度为375℃，退火时间从0开始到150小时结束。并对两个退火条件下的变形铝合金进行硬度测试。

实施例2

步骤1)同实施例1，其中不同的是合金成分含量为：铒：0.3%；锆：0.4%；其余为铝和不可避免的杂质。步骤2）同实施例1。步骤3）同实施例1。

实施例3

步骤1)同实施例1，其中不同的是合金成分含量为：铒：0.3%；锆：0.6%；其余为铝和不可避免的杂质。步骤2）同实施例1。步骤3）同实施例1。

对比例1

步骤1)同实施例1，其中不同的是合金成分含量为：铒：0.3%；其余为铝和不可避免的杂质。步骤2）同实施例1。步骤3）同实施例1。

对比例2

步骤1)同实施例1，其中不同的是合金成分含量为：锆：0.4%；其余为铝和不可避免的杂质。步骤2）同实施例1。步骤3）同实施例1。

对比例3

步骤1)同实施例1，其中不同的是合金成分含量为：铒：0.3%；锆：0.15%；其余为铝和不可避免的杂质。步骤2）同实施例1。步骤3）同实施例1。

根据图1、2可以得出，实施例1～3在上述工艺下制备的变形铝合金有较高的热稳定性。在图1中可以得出，实施例1～3，在350℃退火1小时后显微硬度下降幅度不大，均在10%以内，保持了良好的热稳定性。其中，实施例1在375℃退火1小时后显微硬度下降幅度在10%以内；实施3在350℃退火1小时后显微硬度下降幅度在10%以内；实施例2（成分含量Er：0.3%；Zr：0.4%，其余为Al）为本发明中最优的成分含量，在经历425℃退火1小时后显微硬度下降幅度为约10%；而对比例1显微硬度下降10%的退火温度为300℃，对比例2、3显微硬度下降10%的退火温度均为325℃。由此可见，较对比例1～3而言，实施例2的热稳定性要高出很多，同样在实施例1～3中，实施例2的热稳定性也是最好的。从图2可知，375℃等温退火150小时后实施例1～3，显微硬度下降仍然不超过10%，没有发生再结晶现象。其中，实施2的显微硬度绝对值是最高的。而对比例1～3在375℃等温退火150小时后硬度值有显著下降，说明抗退火能力相对较弱，热稳定性较差。

综上分析，本发明通Er和Zr的复合添加得到了具有较高热稳定性的变形铝合金。从实施例1～3，得出了最佳的Er和Zr成份含量，为：Er：0.3%；Zr：0.4%及相应的制备工艺。该成份含量在相应的制备工艺下的变形铝合金表现出了优良的热稳定性。

Claims (2)

1.一种高热稳定性的变形铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)铝合金铸锭的成分和重量百分比：铝合金铸锭的成分Al-0.3wt.％Er-0.4wt.％Zr，在电阻炉中熔炼精铝锭，使其温度为750-800℃在熔铝中加入Er和Zr的中间合金，熔融金属液升温至900℃后，经搅拌、除渣，金属液静置冷却到850℃后铁模浇注成锭，待铸锭凝固后迅速取出铸锭水冷至室温；

(2)将步骤(1)中的铝合金铸锭铣面加工，在轧机上冷轧保持变形量在70-90％。

2.根据权利要求1的方法制备的高热稳定性的变形铝合金。