CN104789820A - 一种含稀土元素耐磨铝合金材料及其处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：硼：0.32-0.35%，碳：0.07-0.09%，镁：0.46-0.48%，硅：0.34-0.36%，钛：2.15-2.25%，铬：0.05-0.15%，锰：5.5-5.7%，镍：1.22-1.24%，铜：3.63-3.65%，硒：0.05-0.09%，锆：0.08-0.12%，铌：0.77-0.79%，钼：0.09-0.13%，锡：1.02-1.06%，铯：0.01-0.05%，钨：0.21-0.23%，复合稀土：11.23-11.25%，其余为铝及不可避免杂质；本发明还公开了一种含稀土元素耐磨铝合金材料及其处理工艺；本发明产品，耐磨损，韧性好，强度大，化学性质稳定，机械性能好，防腐耐强酸，老化速度慢。

Description

一种含稀土元素耐磨铝合金材料及其处理工艺

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种含稀土元素耐磨铝合金材料及其处理工艺。

背景技术

铝合金是以铝为基体元素的合金组成，主要包括的合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，还包括镍、铁、钛、铬、锂等合金元素。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。

通常，屈服强度在500MPa 以上的铝合金被称为超高强度铝合金，它们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg 系为主的可热处理强化的铝合金。自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg 系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类铝合金中添加Cu、Cr、Mn 等元素，由此产生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu 超硬铝合金。它由于具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中重要的材料之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料及其处理工艺，本发明产品，耐磨损，韧性好，强度大，化学性质稳定，机械性能好，防腐耐强酸，老化速度慢。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.32-0.35%，碳：0.07-0.09%，镁：0.46-0.48%，硅：0.34-0.36%，钛：2.15-2.25%，铬：0.05-0.15%，锰：5.5-5.7%，镍：1.22-1.24%，铜：3.63-3.65%，硒：0.05-0.09%，锆：0.08-0.12%，铌：0.77-0.79%，钼：0.09-0.13%，锡：1.02-1.06%，铯：0.01-0.05%，钨：0.21-0.23%，复合稀土：11.23-11.25%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：12-16%，镨：5-7%，钕：8-12%，钐：9-13%，铒：6-8%，其余为铈。

本发明进一步限定的技术方案是：

本发明提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.32%，碳：0.07%，镁：0.46%，硅：0.34%，钛：2.15%，铬：0.05%，锰：5.5%，镍：1.22%，铜：3.63%，硒：0.05%，锆：0.08%，铌：0.77%，钼：0.09%，锡：1.02%，铯：0.01%，钨：0.21%，复合稀土：11.23%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：12%，镨：5%，钕：8%，钐：9%，铒：6%，其余为铈。

本发明提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.35%，碳：0.09%，镁：0.48%，硅：0.36%，钛：2.25%，铬：0.15%，锰：5.7%，镍：1.24%，铜：3.65%，硒：0.09%，锆：0.12%，铌：0.79%，钼：0.13%，锡：1.06%，铯：0.05%，钨：0.23%，复合稀土：11.25%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：16%，镨：7%，钕：12%，钐：13%，铒：8%，其余为铈。

本发明提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.34%，碳：0.08%，镁：0.47%，硅：0.35%，钛：2.20%，铬：0.10%，锰：5.6%，镍：1.23%，铜：3.64%，硒：0.07%，锆：0.10%，铌：0.78%，钼：0.11%，锡：1.04%，铯：0.03%，钨：0.22%，复合稀土：11.24%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：14%，镨：6%，钕：10%，钐：11%，铒：7%，其余为铈。

本发明中复合稀土含量达到11.24%时，可以改变金属中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了金属的各种性能，尤其是其他微量元素的有益作用被加强放大，如韧性、焊接性，冷加工性能，以及耐磨性、防腐性能等。

进一步的，

本发明还提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在722-724℃，保持15-17min，然后炉温降至682-684℃，加入复合稀土，保温8-10min，再将温度降至668-670℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温12-14min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温16-18min，然后将温度增加至680-690℃，全程吹氮气搅拌，保温15-19min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在690-710℃，时间保持在15-19min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为25-27L/min，氩气压力为0.4-0.6MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为602-604℃，保温26-28min；

步骤（4）：在520-540℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在230-240℃，保温时间为12-14h，然后用油冷以6-8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

本发明的有益效果是：

本发明铝合金中添加了：碳，升高金属的屈服点和抗拉强度，增加金属的冷脆性和时效敏感性；硅，作为还原剂和脱氧剂，能显著提高金属的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用；锰，是良好的脱氧剂和脱硫剂，且有较高的强度和硬度，提高金属的淬性，改善金属的热加工性能，同时有极高的耐磨性；铬，能显著提高强度、硬度和耐磨性，同时又能提高金属的抗氧化性和耐腐蚀性；镍，能提高金属的强度，而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；钼，能使金属的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；钛，是强脱氧剂，能使金属的内部组织致密，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能；钨，熔点高，比重大，与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，可显著提高红硬性和热强性；铌，能细化晶粒和降低金属的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，可防止晶间腐蚀现象；铜，能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能；硼，可改善金属的致密性和热轧性能，提高强度；稀土，可以改变金属中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了金属的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能，提高耐磨性。

本发明产品，耐磨损，韧性好，强度大，化学性质稳定，机械性能好，防腐耐强酸，老化速度慢。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.32%，碳：0.07%，镁：0.46%，硅：0.34%，钛：2.15%，铬：0.05%，锰：5.5%，镍：1.22%，铜：3.63%，硒：0.05%，锆：0.08%，铌：0.77%，钼：0.09%，锡：1.02%，铯：0.01%，钨：0.21%，复合稀土：11.23%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：12%，镨：5%，钕：8%，钐：9%，铒：6%，其余为铈。

本实施例还提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在722℃，保持17min，然后炉温降至682℃，加入复合稀土，保温10min，再将温度降至668℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温14min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温18min，然后将温度增加至680℃，全程吹氮气搅拌，保温19min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在690℃，时间保持在19min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为25L/min，氩气压力为0.4MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为602℃，保温28min；

步骤（4）：在520℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在230℃，保温时间为14h，然后用油冷以6℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。。

实施例2

本实施例提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.35%，碳：0.09%，镁：0.48%，硅：0.36%，钛：2.25%，铬：0.15%，锰：5.7%，镍：1.24%，铜：3.65%，硒：0.09%，锆：0.12%，铌：0.79%，钼：0.13%，锡：1.06%，铯：0.05%，钨：0.23%，复合稀土：11.25%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：16%，镨：7%，钕：12%，钐：13%，铒：8%，其余为铈。

本实施例还提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在724℃，保持15min，然后炉温降至684℃，加入复合稀土，保温8min，再将温度降至670℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温12min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温16min，然后将温度增加至690℃，全程吹氮气搅拌，保温15min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在710℃，时间保持在15min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为27L/min，氩气压力为0.6MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为604℃，保温26min；

步骤（4）：在540℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在240℃，保温时间为12h，然后用油冷以8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

实施例3

本实施例提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.34%，碳：0.08%，镁：0.47%，硅：0.35%，钛：2.20%，铬：0.10%，锰：5.6%，镍：1.23%，铜：3.64%，硒：0.07%，锆：0.10%，铌：0.78%，钼：0.11%，锡：1.04%，铯：0.03%，钨：0.22%，复合稀土：11.24%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：14%，镨：6%，钕：10%，钐：11%，铒：7%，其余为铈。

本实施例还提供一种含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在723℃，保持16min，然后炉温降至683℃，加入复合稀土，保温9min，再将温度降至669℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温13min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温17min，然后将温度增加至685℃，全程吹氮气搅拌，保温17min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在700℃，时间保持在17min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为26L/min，氩气压力为0.5MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为603℃，保温27min；

步骤（4）：在530℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在235℃，保温时间为13h，然后用油冷以7℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含稀土元素耐磨铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.32-0.35%，碳：0.07-0.09%，镁：0.46-0.48%，硅：0.34-0.36%，钛：2.15-2.25%，铬：0.05-0.15%，锰：5.5-5.7%，镍：1.22-1.24%，铜：3.63-3.65%，硒：0.05-0.09%，锆：0.08-0.12%，铌：0.77-0.79%，钼：0.09-0.13%，锡：1.02-1.06%，铯：0.01-0.05%，钨：0.21-0.23%，复合稀土：11.23-11.25%，其余为铝及不可避免杂质；

所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：12-16%，镨：5-7%，钕：8-12%，钐：9-13%，铒：6-8%，其余为铈。

2.根据权利要求1所述的含稀土元素耐磨铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.32%，碳：0.07%，镁：0.46%，硅：0.34%，钛：2.15%，铬：0.05%，锰：5.5%，镍：1.22%，铜：3.63%，硒：0.05%，锆：0.08%，铌：0.77%，钼：0.09%，锡：1.02%，铯：0.01%，钨：0.21%，复合稀土：11.23%，其余为铝及不可避免杂质；

所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：12%，镨：5%，钕：8%，钐：9%，铒：6%，其余为铈。

3.根据权利要求1所述的含稀土元素耐磨铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.35%，碳：0.09%，镁：0.48%，硅：0.36%，钛：2.25%，铬：0.15%，锰：5.7%，镍：1.24%，铜：3.65%，硒：0.09%，锆：0.12%，铌：0.79%，钼：0.13%，锡：1.06%，铯：0.05%，钨：0.23%，复合稀土：11.25%，其余为铝及不可避免杂质；

所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：16%，镨：7%，钕：12%，钐：13%，铒：8%，其余为铈。

4.根据权利要求1所述的含稀土元素耐磨铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：

硼：0.34%，碳：0.08%，镁：0.47%，硅：0.35%，钛：2.20%，铬：0.10%，锰：5.6%，镍：1.23%，铜：3.64%，硒：0.07%，锆：0.10%，铌：0.78%，钼：0.11%，锡：1.04%，铯：0.03%，钨：0.22%，复合稀土：11.24%，其余为铝及不可避免杂质；

所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：14%，镨：6%，钕：10%，钐：11%，铒：7%，其余为铈。

5.基于权利要求1-4任一权利要求所述的含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在722-724℃，保持15-17min，然后炉温降至682-684℃，加入复合稀土，保温8-10min，再将温度降至668-670℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温12-14min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温16-18min，然后将温度增加至680-690℃，全程吹氮气搅拌，保温15-19min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在690-710℃，时间保持在15-19min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为25-27L/min，氩气压力为0.4-0.6MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为602-604℃，保温26-28min；

步骤（4）：在520-540℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在230-240℃，保温时间为12-14h，然后用油冷以6-8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

6.根据权利要求5所述的含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在722℃，保持17min，然后炉温降至682℃，加入复合稀土，保温10min，再将温度降至668℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温14min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温18min，然后将温度增加至680℃，全程吹氮气搅拌，保温19min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在690℃，时间保持在19min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为25L/min，氩气压力为0.4MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为602℃，保温28min；

步骤（4）：在520℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在230℃，保温时间为14h，然后用油冷以6℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

7.根据权利要求5所述的含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在724℃，保持15min，然后炉温降至684℃，加入复合稀土，保温8min，再将温度降至670℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温12min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温16min，然后将温度增加至690℃，全程吹氮气搅拌，保温15min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在710℃，时间保持在15min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为27L/min，氩气压力为0.6MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为604℃，保温26min；

步骤（4）：在540℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在240℃，保温时间为12h，然后用油冷以8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

8.根据权利要求5所述的含稀土元素耐磨铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤（1）：先按比例将纯铝锭加入锅炉中熔化，温度在723℃，保持16min，然后炉温降至683℃，加入复合稀土，保温9min，再将温度降至669℃，依次放入硼、碳、硅、镁、锰、硒元素，保温13min，再依次放入镍、铜、锡元素，保温17min，然后将温度增加至685℃，全程吹氮气搅拌，保温17min；

步骤（2）：再经过 LF炉精炼，将炉温控制在700℃，时间保持在17min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为26L/min，氩气压力为0.5MPa；

步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素钛、铬、锆、铌、钼、铯和钨，全程吹氮气搅拌，温度为603℃，保温27min；

步骤（4）：在530℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在235℃，保温时间为13h，然后用油冷以7℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。