CN103725926B - 一种Al‑Er‑Hf合金及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种Al‑Er‑Hf合金及其热处理工艺，属于合金技术领域。所述合金为在纯铝基体加入重量百分比为：0.12～0.25%Er，0.45%～1.2%Hf。该合金固溶时效处理工艺包括以下步骤：首先在635±10℃固溶处理24～48h后水淬至室温；然后将固溶合金在150～(425‑600)℃之间每隔25℃等时时效3h；或将固溶态合金在350℃进行等温时效处理。本发明采用了Er、Hf复合微合金化，合金不但具有显著的时效强化效果，而且同时具备良好的高温热稳定性能；相对Al‑Er合金提高了时效强化效果和高温耐热性能，相对Al‑Hf合金则使得其时效析出过程明显加速。

Description

一种Al-Er-Hf合金及其热处理工艺
技术领域
本发明属于合金技术领域，具体涉及到一种经过复合微合金化的铝合金材料及其热处理工艺。
技术背景
微合金化一直是挖掘合金潜力、改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要手段，已成为国内外材料界关注的热点。尤其对稀土元素在铝合金中的微合金化研究是当今热点，其中对稀土元素Sc的研究最为集中，其微合金化效果十分显著，并取得一系列研究成果。但由于Sc的价格过于昂贵，科研工作者寻找与Sc有类似作用的替代元素，发现稀土元素Er与Sc类似，也能与铝形成L12结构的强化相。但由于Er在常规的熔铸过程中，固溶到铝基体中的量十分有限，因此限制了进一步提高其微合金化作用的空间。
研究表明，通过复合添加微合金化元素能够有效提高微合金化作用效果。研究表明，通过复合添加微合金化元素能够有效提高微合金化作用效果。过渡族元素Hf在铝基体中与也能形成类似Er结构的析出相。但由于Hf等本身形核驱动力较小，析出过程相对缓慢；与Er复合添加后，Al3Er相能够提供Hf析出核心，促进Hf的析出；并且由于Hf在铝基体中的扩散速率相对Er较低，其析出相相对Al3Er相较为稳定，不易长大粗化。因此通过在铝基中复合添加Er、Hf元素，能充分发挥相互的作用，起到良好的复合微合金合金化效果。本发明是在以上技术背景基础，设计了Al-Er-Hf合金，并寻求相应合适的热处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于通过复合微合金化的方法，寻找Er和Hf发挥协同强化的成分范围，对铝或者铝合金基体起来强化作用，从而提高铝合金的性能。
本发明所提供的Al-Er-Hf合金，其特征在于，铝基体中加入了重量百分比为0.12～0.25%的Er，0.45%～1.2%的Hf。
本发明上述合金的制备方法是在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入AlEr和AlHf中间合金，待中间合金熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸；随后进行固溶时效热处理，其工艺包含以下步骤：首先在635±10℃固溶处理24～48h后水淬到室温；然后将固溶合金在150～(425-600)℃之间每隔25℃等时时效3h(具体过程为每隔25℃保温3h后取样，例如150℃/3h取第一个样，150℃/3h+175℃/3h取第二个样，150℃/3h+175℃/3h+200℃/3h取第三个样，依次类推直到(425-600)℃结束；或将固溶态合金在350℃进行等温时效处理。
本发明采用了Er和Hf复合微合金化，具有非常显著的时效强化效果，如附图1和图2所示，Al-0.25Er-1.2Hf(A4号样)的最大硬度达到了66HV，相对Al-Hf和Al-Er合金，所述合金不但具有显著的时效强化效果，而且同时具备良好的高温热稳定性能。
附图说明
图1：150～(425-600)℃之间每隔25℃等时时效3h硬度曲线；
图2：350℃时部分合金等温时效硬度曲线；
具体实施方式
实施例1：采用石墨坩埚熔炼和铁模铸造制备合金铸锭，所用原料为纯铝和Al6Er和Al4Hf的中间合金。在熔炼温度为790±10℃下，先将铝锭熔化，随后加入中间合金，待中间合金熔化后，六氯乙烷除气、搅拌，保温静置，使熔体中各元素成份分布均匀后进行铁模浇铸。制备了5种不同成分的合金，通过XRF测得其实际成分，如下表1所示。其中A1和A2样品分别为A l-Er和Al-Hf二元合金，用作对比。
表1实验合金成分
样品 设计成分(wt.%) Er实际成分(wt.%) Hf实际成分(wt.%)
A1 Al-0.25Er 0.3 0
A2 Al-1.2Hf 0 1.15
A3 Al-0.25Er-0.7Hf 0.24 0.713
A4 Al-0.25Er-1.2Hf 0.276 1.21
A5 Al-0.12Er-0.45Hf 0.135 0.47
实施例2：对实施例1中的合金在635±10℃固溶处理24h后，水淬至室温；随后在150～(425-600)℃进行3h等时时效，每隔25℃取一样。图1给出了合金在不同温度下的维氏硬度，从中可以看出A4号合金在475℃达到最大硬度约为62HV,远高于A1号Al-Er合金最大硬度值。并且Hf的加入，其硬度值随温度升高下降比Al-Er缓慢，这说明Al-Er-Hf合金的热稳定性能优于Al-Er合金。此外，Al-Hf合金没有出现强化现象，这是因为AI-Hf合金的析出过程太缓慢3小时退火不足以使其析出。
实施例3：对实施例1中的A1、A2、A3、A4合金在635±10℃固溶处理24h后，水淬至室温；随后在350℃进行等温时效处理。图2给出了固溶态合金在350℃等温时效的硬度变化曲线，从图中可以看出A4号合金硬度最高，能达到近66HV，远高于其余的合金试样。添加了Hf的合金随时间的延长，其硬度值下降较Al-Er二元合金试样缓慢，这说明其热稳定性能得到了很大的提高。而Al-Zr二元合金在此温度下时效500小时，其仍然没有出现强化现象，添加了Er的合金则出现了明显的时效硬化，说明Er的存在促进了Hf的析出。

Claims (2)

1.一种Al-Er-Hf合金，其特征在于，铝中加入了重量百分比为0.12～0.25％的Er，0.45％～1.2％的Hf。
2.根据权利要求1所述的Al-Er-Hf合金的固溶时效处理工艺，其特征在于，包含以下步骤：
(1)首先在635±10℃固溶处理24～48h后水淬至室温；
(2)然后将固溶合金在150～X℃之间每隔25℃等时时效3h,其中X为425～600℃；或将固溶合金在350℃进行等温时效处理。
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