CN105441723A

CN105441723A - 一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105441723A
Application number: CN201410519524.1A
Authority: CN
Inventors: 温兴琴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明公开了一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在于：在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0.2%-0.6%的Al-8Mn合金，先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740℃左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅拌三分钟，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780℃时浇注到预热至260℃的金属型中，得到10mm的铸态试棒，进行435℃×16h固溶处理，出炉后60℃水冷。

Description

一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法。

背景技术

铝镁合金因具有高耐蚀性、低密度、表面光洁和可切削加工性强等优点，被主要应用于制造在燃气、海水等腐蚀介质下承受载荷的零部件。研究表明：稀土元素能够使铝镁合金晶粒细化，减少组织偏析，有可能形成Al-RE化合物，从而使其综合性能得到提高；另外，就其他各类型铝镁合金而言，组织的纯净化、细晶化和均质化是提高合金综合性能的基础。稀土在这些方面的作用尤为显著，稀土在铝合金中的存在形式和细化机理一直是稀土铝合金的一个主要研究范畴。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，已解决现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0.2%-0.6%的Al-8Mn合金，先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740℃左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅拌三分钟，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780℃时浇注到预热至260℃的金属型中，得到10mm的铸态试棒，进行435℃×16h固溶处理，出炉后60℃水冷。

铒的添加量为0.4%。

本发明的有益效果：稀土铒通过对晶粒的细化作用，提高了Al-8Mn合金的力学性能；在固溶处理工艺（435℃×16h）条件下，当稀土铒的添加量为0.4%时，Al-8Mn合金的力学性能最为优良，抗拉强度达到219MPa，延伸率达到4.3%；

在Al-8Mn合金中添加稀土铒形成Al₁₁Er₃相，主要是以颗粒状或短杆状形态弥散分布与晶界附近，通过阻碍晶间变形、钉扎晶界使合金力学性能得到提高。

附图说明

图1为拉伸试验试样尺寸图；

图2为不同铒添加量Al-8Mn合金的力学性能；

图3为不同铒含量Al-8Mn合金的显微组织，a.Al-8Mn；b.Al-8Mn-0.2Er；c.Al-8Mn-0.4Er；d.Al-8Mn-0.6Ere.Al-8Mn(435℃×16h固溶处理)；f.Al-8Mn-0.4Er(435℃×16h固溶处理)；

图4为固溶态不同铒含量Al-8Mn合金的微观形貌。

具体实施方式

在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量(0、0.2%、0.4%、0.6%)的Al-8Mn合金，镁的氧化烧损率按2%计算。先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740℃左右将Al-Er中间合金压入金属液。搅拌三分钟，加入六氯乙烷(C₂Cl₆)进行精炼，扒渣后780℃时浇注到预热至260℃的金属型中，得到10mm的铸态试棒（图1）。

将铸态试棒在箱式电阻炉中进行435℃×16h固溶处理，出炉后60℃水冷。常温下，利用CSS-4410电子万能材料实验机测定试样的抗拉强度及延伸率，拉伸速率为1mm/min；切取金相试样，磨制并用体积分数为4%的HF水溶液腐蚀；利用JSM-T200型扫描电镜及其能谱仪分析合金形貌及元素分布；用X-PertPRO型X射线衍射仪分析合金中的物相。

图2为不同添加量铒及固溶处理对Al-8Mn合金的力学性能影响的测试结果，可以看出：当铒的添加量在0.2-0.4%之间时，铸态及固溶态Al-8Mn合金的抗拉强度不断增加，延伸率却变化平缓，当铒的添加量达到0.4%时，,表现出良好的综合拉伸性能；进一步增大稀土Ce的加入量，达到0.6%时，Al-8Mn合金的抗拉强度、延伸率趋于降低。可见，适当添加量的稀土铒及固溶处理能够使Al-8Mn合金得到有效强化。

图3为不同铒添加量的Al-8Mn合金显微组织形貌，观察可知稀土铒对铸态Al-8Mn合金的显微组织有着显著的影响。未添加稀土铒的Al-8Mn合金晶粒相对粗大，且枝晶较为发达（图3a）；添加0.2%的稀土铒后，合金晶粒有所细化，但细化效果一般，仍能观察到少部分枝晶（图3b）；伴随着稀土添加量的增加，添加了0.4%和0.6%铒的Al-8Mn合金组织明显细化，晶界析出相增多，且晶粒变得细小（图3c、d）。经过435℃×16h固溶处理、水淬后，铸态Al-8Mn合金中枝晶组织消失，且晶界处析出相大量溶解（图3e）；观察Al-8Mn-0.4Er合金（图3f），在其晶界及晶界附近区域除析出相溶解之外，在晶界处还残留了一定量的高熔点物相。

图4为固溶态不同铒含量Al-8Mn合金的微观形貌图，对晶界处（图b中1点）进行微区成分能谱分析：其原子百分比为74.84%Al、6.94%Mn、18.22%Er（表1），铝元素与铒元素的原子比约为11:3，文献表明^[9]，该析出相为Al₁₁Er₃相；当Er的添加量为0.2%和0.4%时，Al₁₁Er₃相主要是以球状颗粒和短柄状形态在晶界或靠近晶界处弥散分布（图4a，b）；当Er的添加量达到0.6%时，Al₁₁Er₃相的尺寸及数量增大，并且在晶界区域密集分布（图4c）。

表1Al-8Mn-0.4Er合金能谱分析

由Al-8Mn合金力学性能测试结果（图2），添加适量的稀土铒能不同程度提高铸态及固溶态Al-8Mn合金的抗拉强度和延伸率。Al-8Mn合金的力学性能主要取决于其显微组织特性，铸态Al-8Mn合金的力学性能较低，这与铸态合金中晶粒较为粗大、枝晶发达有关，当加入适量的稀土铒后，其力学性能有所改善，而经过435℃×16h固溶处理后，其力学性能又得到提升。分析可知：首先，稀土铒能够细化铸态Al-8Mn合金晶粒，产生细晶强化作用，EDS分析表明（表1），铒基本不溶于α-Al基体，而主要是形成Al₁₁Er₃相分布于在晶界区域，这说明稀土铒在Al-8Mn合金中的固溶度极低^[10]。在凝固过程中，稀土铒趋于富集在固/液界面前沿，这样就增大相界面处成分过冷度，进而促进基体晶粒均匀形核，细化了合金晶粒；其次，Al₁₁Er₃相的形态及分布也对Al-8Mn合金力学性能存在一定影响，添加适量稀土铒会形成一定数量的细小颗粒状或短杆状Al₁₁Er₃相，沿晶界弥散分布（图4b），该类形态的Al₁₁Er₃相可起到钉扎晶界、阻碍位错运动、防止晶间变形的作用，过量稀土铒会使Al₁₁Er₃相的尺寸及数量增大，且在晶界区域密集分布（图4c），根据晶界强化理论，粗大的高熔点物相在晶界连续分布将降低晶界结合强度^[7]，导致稀土对合金的强化作用减弱；而适当的固溶处理工艺（435℃×16h），能够使析出相溶解到α-Al基体中，发生点阵畸变，产生固溶强化作用，提高了Al-8Mn合金的力学性能。

稀土铒通过对晶粒的细化作用，提高了Al-8Mn合金的力学性能；在固溶处理工艺（435℃×16h）条件下，当稀土铒的添加量为0.4%时，Al-8Mn合金的力学性能最为优良，抗拉强度达到219MPa，延伸率达到4.3%；

Claims

1.一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在于：在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0.2%-0.6%的Al-8Mn合金，先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740℃左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅拌三分钟，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780℃时浇注到预热至260℃的金属型中，得到10mm的铸态试棒，进行435℃×16h固溶处理，出炉后60℃水冷。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在于：铒的添加量为0.4%。