CN104498777A - 一种含稀土元素的zl205a合金的制备方法 - Google Patents

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刘颖卓
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Abstract

本发明公开了一种含稀土元素的ZL205A合金的制备方法，其包括如下步骤：将ZL205A合金加热至700～720℃熔化，加入稀土中间合金，利用旋转喷吹除气精炼法进行精炼后，打渣静置10～15min后，进行除渣，除渣结束后进行浇铸成型，控制合金液的出炉温度高于浇铸温度5～10℃，其中所述稀土中间合金为铝与稀土元素的合金。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、稀土中间合金为块状，并且非常稳定，因此配料简单，储存方便；2、同时可简化和缩短铸造高强铝合金的生产流程，降低制备成本，适合批量生产。

Description

一种含稀土元素的ZL205A合金的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种高强韧铸造铝合金加工技术领域的方法，具体是一种含稀土元素的ZL205A合金的制备方法。
背景技术
在现代化高科技战争背景下，未来先进飞行器速度更快、飞行时间更长，飞行器结构件的服役环境更加恶劣，不仅要求构件材料质量轻，还要求其具有较高的综合力学性能。铸造Al-Cu合金是典型的高强韧铸造铝合金，密度小、比强度和比刚度高、塑性好，还具有优良的电性能和热性能，表面有致密的氧化膜保护，抗腐蚀性能好，因而在航空、航天等领域中获得了广泛的应用。
Al-Cu合金系中ZL205A合金是一种高纯高强度铸造铝合金，具备优良的室温和高温力学性能，是目前世界上使用强度最高的铸造铝合金之一，同时具有好的塑性、韧性、耐腐蚀性能、易焊接性和切削加工性，主要用于承受高载荷零件，如各种挂梁、轮毂、框架、肋、支臂、叶轮、架线滑轮、导弹舵面及某些气密性零件。但是，ZL205A合金结晶范围较宽，壁厚敏感性大，铸造工艺性差，铸造过程中易出现热裂、缩松、偏析等缺陷，使其在推广应用中受到了较大的限制。其中，流动性差和热裂缺陷是制约ZL205A合金进一步扩大应用的主要原因之一。随着对铸件质量和生产效益要求的提高，在保证合金力学性能的基础上改善其铸造工艺性显得尤为重要。
稀土元素性质活泼，熔点较高，扩散系数较低，并且原子半径较大。结晶过程中与主要溶质元素容易结合形成高熔点金属间化合物分布于晶界处，形成晶界强化，对降低合金的热裂倾向有独特的作用。向铝合金中加入微量稀土元素，可以显著改善合金的金相组织，细化晶粒，去除合金中气体和有害杂质，减少合金的裂纹源，从而提高合金的室温及高温强度，改善加工性能，还能改善合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增强强度和韧性。
近年来，关于稀土元素La、Ce在Al-Cu合金中的研究较为广泛，研究表明，适量的稀土元素添加量可以改善合金的铸造性能和力学性能，加入过量稀土，反而起到反作用。因此，如何将稀土元素精确控制铸造铝合金中稀土添加量是制备高质量含稀土铝合金的关键问题。在铸造铝合金中添加稀土元素，一方面，稀土具有“固氢”作用，与氢之间具有很大的化学亲合力，在高温下极易与氢作用，另一方面，稀土易与氧化夹杂γ-Al2O3发生置换反应，形成RE2O3，这使得稀土损耗十分严重，稀土元素的添加成分难以控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含稀土元素的ZL205A合金的制备方法。采用Al-La中间合金和Al-Ce中间合金的添加方式加入ZL205A中，控制ZL205A中稀土元素的成分，实现ZL205A合金性能的改善，获得更广泛的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种含稀土元素的ZL205A合金制备方法，其包括如下步骤：
将ZL205A合金加热至700～720℃熔化，加入稀土中间合金，利用旋转喷吹除气精炼法进行精炼后，打渣静置10～15min后，进行除渣，除渣结束后进行浇铸成型，控制合金液的出炉温度高于浇铸温度5～10℃，其中所述稀土中间合金为铝与稀土元素的合金。
作为优选方案，所述稀土中间合金为铝镧合金、铝铈合金中的一种或两种。
作为优选方案，所述铝镧合金按照镧元素占ZL205A合金重量的0.02～0.08％的当量加入，所述铝铈合金按照铈元素占ZL205A合金重量的0.02～0.08％的当量加入。
作为优选方案，所述铝镧合金中，镧元素的重量百分数为12～32％；所述铝铈合金中，铈元素的重量百分数为12～32％。
作为优选方案，所述ZL205合金的制备方法为：
将坩埚预热至暗红色后，将铝锭、铝锰合金锭、铝钒合金锭依次加入所述坩埚中；
待原料全部熔化后，在690～710℃下加入铝锆合金、铝铜合金以及金属镉，待熔化成合金液后，搅拌3～5min，使合金液表面保留有一层氧化膜；
将所述合金液升温至730～750℃，搅拌3～5min，继续升温至740～760℃，加入铝钛硼合金，搅拌8～10min，保温备用。
作为优选方案，所述旋转喷吹除气精炼法用氩气进行除气精炼。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、稀土中间合金为块状，并且非常稳定，因此配料简单，储存方便；
2、同时可简化和缩短铸造高强铝合金的生产流程，降低制备成本，适合批量生产。
附图说明
图1为添加不同RE比例的ZL205A合金的放大相同倍数的显微组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1含Ce和La的ZL205A合金的制备
一、按照Ce和La的添加量均为ZL205A合金重量0.05％的当量称取Al-La中间合金和Al-Ce中间合金；
二、将ZL205A合金加热至700～720℃，进行精炼除气处理20min后，在720℃下加入Al-La中间合金和Al-Ce中间合金，进行打渣静置10～15min后彻底除渣；
三、去除合金液表面的氧化皮，进行浇铸，一次浇满铸型，合金液出炉温度高于浇铸温度5～10℃。
实施例2含Ce和La的ZL205A合金的制备
一、按照Ce和La的添加量均为ZL205A合金重量0.05％的当量称取Al-La中间合金和Al-Ce中间合金；
二、预热至坩埚至暗红色后，将要求配置的铝锭、铝钛、铝锰、铝钒中间合金依次加入坩埚中；
三、待上述炉料全部熔化后，于690～710℃加入铝锆、铝铜中间合金及金属镉，待其熔化后，轻微搅拌3～5min，使合金液表面保留有一层氧化膜；
四、当合金液升温至730～750℃时，搅拌3～5min后，将合金液温度升至740℃～760℃，加入铝钛硼中间合金，搅拌8～10min；
五、降温至700～720℃，进行20min的精炼除气处理后，在720℃时加入Al-La中间合金和Al-Ce中间合金，打渣静置10～15min后彻底除渣；
六、浇注前撇去浇包中合金液的氧化皮，浇注时浇包口靠近浇口杯，一次浇满铸型，合金液出炉温度高于浇注温度5～10℃。
经显微观察发现，如图1所示：图1a为未添加稀土元素的原始铸态ZL205A合金、图1b为本实施例制备的ZL205A合金，ZL205A合金添加稀土后可以明显改善铸造Al-Cu合金的流动性；晶粒尺寸明显减小，
另外，原始铸态ZL205A合金拉棒试样抗拉强度和延伸率为202MPa和6％，当加入0.05％Ce+0.05％La时，抗拉强度和延伸率增加到220MPa和9％，分别提高8.9％和33％。
实施例3含Ce和La的ZL205A合金的制备
一、按照Ce的添加量为ZL205A合金重量0.02％、La的添加量为ZL205A合金重量0.08％的当量称取Al-La中间合金和Al-Ce中间合金；
二、将ZL205A合金加热至700～720℃，进行精炼除气处理20min后，在720℃下加入Al-La中间合金和Al-Ce中间合金，进行打渣静置10～15min后彻底除渣；
三、去除合金液表面的氧化皮，进行浇铸，一次浇满铸型，合金液出炉温度高于浇铸温度5～10℃。
实施例4含Ce和La的ZL205A合金的制备
一、按照Ce的添加量为ZL205A合金重量0.08％、La的添加量为ZL205A合金重量0.02％的当量称取Al-La中间合金和Al-Ce中间合金；
二、将ZL205A合金加热至700～720℃，进行精炼除气处理20min后，在720℃下加入Al-La中间合金和Al-Ce中间合金，进行打渣静置10～15min后彻底除渣；
三、去除合金液表面的氧化皮，进行浇铸，一次浇满铸型，合金液出炉温度高于浇铸温度5～10℃。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种含稀土元素的ZL205A合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将ZL205A合金加热至700～720℃熔化，加入稀土中间合金，利用旋转喷吹除气精炼法进行精炼后，打渣静置10～15min后，进行除渣，除渣结束后进行浇铸成型，控制合金液的出炉温度高于浇铸温度5～10℃，其中所述稀土中间合金为铝与稀土元素的合金。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土中间合金为铝镧合金、铝铈合金中的一种或两种，这两种稀土中间合金均为从市场上购买。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铝镧合金按照镧元素占ZL205A合金重量的0.02～0.08％的当量加入，所述铝铈合金按照铈元素占ZL205A合金重量的0.02～0.08％的当量加入。
4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述铝镧合金中，镧元素的重量百分数为12～32％；所述铝铈合金中，铈元素的重量百分数为12～32％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ZL205合金的制备方法为：
将坩埚预热至暗红色后，将铝锭、铝锰合金锭、铝钒合金锭依次加入所述坩埚中；
待原料全部熔化后，在690～710℃下加入铝锆合金、铝铜合金以及金属镉，待熔化成合金液后，搅拌3～5min，使合金液表面保留有一层氧化膜；
将所述合金液升温至730～750℃，搅拌3～5min，继续升温至740～760℃，加入铝钛硼合金，搅拌8～10min，保温备用。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述旋转喷吹除气精炼法用氩气进行除气精炼。
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