CN103233147A

CN103233147A - 一种Al-Er-Zr-Si铝合金及热处理工艺

Info

Publication number: CN103233147A
Application number: CN2013101631336A
Authority: CN
Inventors: 聂祚仁; 张义; 高坤元; 黄晖; 文胜平; 朱兆玮
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-05-06
Also published as: CN103233147B

Abstract

一种Al-Er-Zr-Si铝合金及热处理工艺，属于金属合金技术领域。Al-Er-Zr-Si合金中Er的含量0.05wt.%-0.07wt.%，Zr的含量0.2wt.%-0.3wt.%，Si的含量0.062-0.16wt.%。首先在640±10℃固溶48小时，随后水淬到室温，然后在150～550℃之间进行等时时效，时间间隔为2h。相对不含Si的Al-Er-Zr合金，峰值硬度提高约25％。

Description

一种Al-Er-Zr-Si铝合金及热处理工艺

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，具体涉及一种含Si的Al-Er-Zr合金及热处理工艺。

背景技术

微合金化是提高铝合金综合性能的一种途径。虽然微合金化元素的添加量一般少于0.5wt.%，但是这同样大大提高了铝合金的综合性能。其中以Sc元素的微合金效果最为显著，Sc能够和Al形成纳米相Al₃Sc，当和Zr复合添加时还能够形成具有更好热稳定性的纳米相Al₃(Sc,Zr)，它们可以有效地提高铝合金的强度、再结晶温度、抗蠕变性能等性能。但是Sc的价格昂贵，限制了其工业化应用。Er元素是近年来发现的又一种有效的微合金化元素，和Sc类似它能够和Al形成Al₃Er，当和Zr复合时也能形成具有更好热稳定的Al₃(Er,Zr)相，它们同样可以有效的提高铝合金的综合性能，并且其价格较Sc便宜。关于含Er铝合金的专利有：一种铝铒合金（CN1161484C）、一种AI-Er合金导线材料及其制备方法（CN101418401B）、一种铝饵合金导线的制备工艺（CN101736174B）、Al-Er-Zr合金及其时效强化工艺（CN102021443A）、一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料及其制备方法（CN102534318A）、一种耐热铝合金导休材料及其制备方法（CN102230113A）等。上述专利中Er的添加量都在0.1wt.%以上。虽然Er的价格较Sc便宜，但是Er是稀土元素，其价格相对一般的合金化元素而言还是较高。本发明针对Al-Er-Zr合金，通过添加一定量的Si元素，将Er的添加量降低到0.1wt.%以下，进一步优化了合金成分，在提高强度的同时进一步降低了成本。本发明设计的Al-Er-Zr-Si合金，Er为0.05～0.07wt.%，Zr为0.2～0.3wt.%，Si为0.083～0.16wt.%，相对不含Si的Al-Er-Zr合金，峰值硬度提高约25％。

发明内容

本发明的目的在于寻找一种或几种价格相对便宜的元素，通过复合微合金的方法，来提高铝合金的强度。

本发明所提供的Al-Er-Zr-Si合金，其特征在于，在Al-Er-Zr-Si合金中Er的含量0.05wt.%-0.26wt.%（优选0.05wt.%-0.07wt.%），Zr的含量0.2wt.%-0.3wt.%，Si的含量0.062-0.16wt.%（优选0.083～0.16wt.%）。

一种Al-Er-Zr-Si合金优选只有Al、Er、Zr、Si及不可避免的杂质。

该合金的制备方法是在熔炼铝的过程中加入Al-Er、Al-Zr和Al-Si中间合金实现的，熔炼温度为780℃～800℃。到达熔炼温度后保温30分钟，然后用铁模浇铸。随后对铸锭冷轧、固溶处理以及时效处理，固溶处理以及时效处理的具体工艺包括以下步骤：首先在640±10℃固溶48小时，随后水淬到室温，然后在150～550℃之间进行等时时效，时间间隔为2h。

本发明优化Er的添加量，并添加调整了Si的含量，明显提高了Al-Er-Zr合金的时效强化效果，相比不含Si的合金硬度有了25%的提升，并将Er含量降低到0.1wt.%以下，即提高了强度又降低了成本。

附图说明

图1：Al-0.05Er-0.3Zr-xSi合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线；

图2：Al-0.07Er-0.2Zr-xSi合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线；

图3：Al-Zr，Al-Er-Zr合金经过640℃保温48小时后水淬，在150-550℃每隔25℃进行2小时时效的显微硬度随温度的变化曲线。

具体实施方式

实施例：选择Al99.99高纯铝，Al-Zr、Al-Er和Al-Si中间合金含量分别是4%、6%和40％（质量比）。首先熔化纯铝，待纯铝熔化后，放入中间合金，熔炼温度780℃～800℃，到达熔炼温度后静置30分钟，然后铁模浇铸，所制备的合金元素组成见表1。

将上述成分合金的铸锭进行冷轧，然后在640±10℃保温48小时，水淬到室温，然后在150-500℃之间每隔25℃时效2小时，然后进行显微硬度测试。图1为Al-0.05Er-0.3Zr-xSi合金在等时过程中显微硬度随温度的变化曲线；图2为Al-0.07Er-0.2Zr-xSi合金在等时过程中显微硬度随温度的变化曲线；

表1实例实验合金成分：

	Er/wt.%	Zr/wt.%	Si/wt.%
				1-1	0.05	0.3	0.062
1-2	0.05	0.3	0.083
				1-3	0.05	0.3	0.13
2-1	0.07	0.2	0.083
				2-2	0.07	0.2	0.13
2-3	0.07	0.2	0.16

表2对比例实验合金成分：

	Er/wt.%	Zr/wt.%
			3-1	0.05	0.3
3-2	0.07	0.2
			3-3	0.18	0.27
3-4	0.21	0.25
			3-5	0.26	0.26
3-6		0.3

对比例：选择Al99.99高纯铝，Al-Zr和Al-Er中间合金含量分别是4%和6%（质量比）。首先熔化纯铝，待纯铝熔化后，放入中间合金，熔炼温度780℃～800℃，到达熔炼温度后静置30分钟，然后铁模浇铸，所制备的合金元素组成见表2。

将上述成分合金的铸锭进行冷轧，然后在640±10℃保温48小时，水淬到室温，然后在150-500℃之间每隔25℃时效2小时，然后进行显微硬度测试。其时效过程中显微硬度随温度的变化曲线如图3所示。

含有最大固溶度的Al-Zr二元合金在等时时效过程中显微硬度只略有升高，其固溶态的显微硬度值为23，当时效到500℃时显微硬度只升高到了27.5。在Al-Zr二元合金的基础上加入Er，相对于固溶态的显微硬度值26，当时效到450℃-475℃时硬度最高增加了65%，升高到43左右。但是当Er含量超过0.07wt.%后，时效峰值硬度基本不变。对比Al-Zr合金和Al-Er-Zr合金峰值硬度可以看出，加入Er元素之后峰值硬度有约60%的提高。在经过成分优化后的Al-Er-Zr合金中再加入一定量的Si元素，等时时效后显微硬度值又继续增加，相对于固溶态的27，当时效到400℃-450℃时硬度增加了90%，升高到53左右。观察Al-Er-Zr-Si合金的等时时效硬度曲线可以看出，在Al-0.05Er-0.3Zr-xSi中，当Si含量从0.083wt.%升高到0.13%时，峰值硬度基本不变；在Al-0.07Er-0.2Zr-xSi中，当Si含量从0.13wt.%升高到0.16wt.%后，峰值硬度也只增加了3。因此Si的添加量在0.13wt.%到0.16wt.%。对比含Si和不含Si的Al-Er-Zr合金的峰值硬度可以看出，加入Si后可以使峰值硬度提高约25%。

综上所述，本专利所述的Al-Er-Zr-Si合金，添加适量量的Si可以有效的提高Al-Er-Zr合金的时效硬度，其较优的成分范围为：Er为0.05～0.07wt.%，Zr为0.2～0.3wt.%，Si为0.083～0.16wt.%。较优的时效制度为：从150℃-175℃开始，每隔25℃等时时效2小时，时效到到400℃-450℃。

Claims

1.一种Al-Er-Zr-Si合金，其特征在于，在Al-Er-Zr-Si合金中Er的含量0.05wt.%-0.26wt.%，Zr的含量0.2wt.%-0.3wt.%，Si的含量0.062-0.16wt.%。

2.按照权利要求1的一种Al-Er-Zr-Si合金，其特征在于，Er为0.05～0.07wt.%，Zr为0.2～0.3wt.%，Si为0.083～0.16wt.% 。

3.权利要求1所述的一种Al-Er-Zr-Si合金的固溶处理以及时效处理的方法，其特征在于，具体工艺包括以下步骤，首先在640±10℃固溶48小时，随后水淬到室温，然后在150～550℃之间进行等时时效，时间间隔为2h。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，从150℃-175℃开始，每隔25℃等时时效2小时，时效到到400℃-450℃。