CN106282695B - 一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法。具体而言，本发明的制备方法包括下列步骤：1)制备铝钇合金锭；2)均匀化处理；3)挤压成型；4)热处理。通过向6061铝合金中添加稀土元素钇(0.1％～0.4％)，改善了合金的微观组织。同时，通过合理的挤压和热处理工艺提高了合金的力学性能，使得铝钇合金的抗拉强度达到355MPa以上，满足了该合金在纺织工业领域中的应用。

Description

一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，涉及一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法。
背景技术
随着纺织机械向高速、轻量和大尺寸方向发展，其许多零部件均采用铝合金材料制成。作为一种轻质合金材料，6061铝合金由于具有良好的机械性能和微弧氧化性能，常被用作纺织机械中关键零件的首选材料。但是，随着纺机跨度的增大和速度的提高，6061铝合金的综合力学性能有时达不到要求，容易出现变形问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法。通过向6061铝合金中加入稀土元素钇(Y)，并采用合适的挤压和热处理工艺，成功获得了合金组织得到改善、强度和塑性得到提高的6061铝合金型材。
具体而言，本发明采用如下技术方案：
一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金的制备方法：其包括下列步骤：
1)制备铝钇合金锭：将6061铝合金置于熔炼设备中，加热到760～780℃并保持温度恒定；待完全熔化后，向铝熔液中添加铝钇中间合金，直至钇的重量占总重量的0.1％～0.4％(优选0.4％)；将铝钇中间合金压入铝熔液中并搅拌，使钇分布均匀；待铝钇中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃～740℃并保持温度恒定，加入除渣除气剂，进行除渣除气处理；待除渣除气完毕后，将熔体温度降至700℃～720℃并保持温度恒定，静置5～10分钟后，浇注到预热的金属模具中，制得铝钇合金锭；
2)均匀化处理：将铝钇合金锭置于均匀化处理设备中，在560～580℃(优选570℃)条件下保温6～8小时(优选7小时)，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝钇合金锭；
3)挤压成型：将均匀化处理的铝钇合金锭加热至350～500℃(优选450℃)，挤出所需形状及尺寸的型材，并矫直、切断、风冷；
4)热处理：首先将型材在530～560℃(优选540℃)条件下保温3～6小时(优选4小时)，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3～5分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在160～200℃(优选180℃)条件下保温6～10小时(优选8小时)，进行时效处理，即可得到掺杂稀土元素钇的6061铝合金。
在上述制备方法中，所述熔炼设备为熔炼炉。
在上述制备方法中，所述铝钇中间合金为Al-10Y合金
在上述制备方法中，所述压入采用钟罩来完成。
在上述制备方法中，所述搅拌采用石墨棒来完成。
在上述制备方法中，所述除渣除气剂为DSG除渣除气剂。
在上述制备方法中，所述金属模具的预热温度为200℃。
在上述制备方法中，所述均匀化处理设备为电阻炉。
在上述制备方法中，所述挤出采用挤出机来完成。
在上述制备方法中，所述型材为棒材、管材或板材。
一种通过上述制备方法制得的掺杂稀土元素钇的6061铝合金。上述掺杂稀土元素钇的6061铝合金包含以重量百分比计的下列组分：0.1％～0.4％Y，0.8％～1.2％Mg，0.4％～0.7％Si，0.2％～0.4％Cu，0.25％Zn，0.12％Fe，0.05％Cr，0.01％Mn，0.01％Ti，余量为Al。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列有益效果：通过添加稀土元素钇，合金的微观组织形态及大小得到明显改善，具有细晶强化作用。同时，通过合理的挤压和热处理工艺提高了合金的强度和塑性，满足了该合金在纺织工业领域中的应用。
附图说明
图1是掺杂0.4％稀土Y前后的6061铝合金的微观组织照片，其中(a)代表掺杂前，(b)代表掺杂后。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。除非另有说明，下列实施例中所使用的仪器、材料、试剂等均可通过常规商业手段获得。
实施例1：制备未掺杂Y的6061铝合金棒材。
将6061铝合金铸锭置于电阻炉中，在570℃条件下保温7小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭。
将上述均匀化处理的铝合金锭加热至450℃，采用挤出机挤出所需尺寸的棒材，并快速矫直、切断、风冷。
首先将上述棒材在540℃条件下保温4小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在180℃条件下保温8小时，进行时效处理，即可得到未掺杂Y的6061铝合金棒材。
实施例2：制备掺杂0.4％Y的6061铝合金棒材。
将6061铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到760℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向铝熔液中添加Al-10Y合金，直至钇的重量占总重量的0.4％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使钇分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至700℃并保持温度恒定，静置5min后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝钇合金锭。
将上述铝钇合金锭置于电阻炉中，在560℃条件下保温8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝钇合金锭。
将上述均匀化处理的铝钇合金锭加热至450℃，采用挤出机挤出所需尺寸的棒材，并快速矫直、切断、风冷。
首先将上述棒材在540℃条件下保温4小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在180℃条件下保温8小时，进行时效处理，即可得到掺杂0.4％Y的6061铝合金棒材。经检测，该合金棒材的伸长率可达15％，并且抗拉强度达到355MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的6061铝合金棒材所具有的260MPa的抗拉强度。
实施例3：制备掺杂0.4％Y的6061铝合金板材。
将6061铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到780℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向铝熔液中添加Al-10Y合金，直至钇的重量占总重量的0.4％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使钇分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至740℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至720℃并保持温度恒定，静置10分钟后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝钇合金锭。
将上述铝钇合金锭置于电阻炉中，在580℃条件下保温6小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝钇合金锭。
将上述均匀化处理的铝钇合金锭加热至350℃，采用挤出机挤出所需尺寸的板材，并快速矫直、切断、风冷。
首先将上述板材在560℃条件下保温3小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在160℃条件下保温10小时，进行时效处理，即可得到掺杂0.4％Y的6061铝合金板材。经检测，该合金板材的抗拉强度达到355MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的6061铝合金板材所具有的290MPa的抗拉强度。
实施例4：制备掺杂0.1％Y的6061铝合金板材。
将6061铝合金置于熔炼炉中，缓慢加热到780℃并保持温度恒定。待完全熔化后，向铝熔液中添加Al-10Y合金，直至钇的重量占总重量的0.1％。采用钟罩将中间合金压入铝熔液中，并采用石墨棒不停地搅拌，使钇分布均匀。待中间合金全部熔化后，将熔体温度降至740℃并保持温度恒定，加入DSG除渣除气剂，进行除渣除气处理。待除渣除气完毕后，将熔体温度降至720℃并保持温度恒定，静置10分钟后，浇注到预热至200℃的金属模具中，制得铝钇合金锭。
将上述铝钇合金锭置于电阻炉中，在570℃条件下保温7小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝钇合金锭。
将上述均匀化处理的铝钇合金锭加热至500℃，采用挤出机挤出所需尺寸的板材，并快速矫直、切断、风冷。
首先将上述板材在560℃条件下保温3小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在200℃条件下保温6小时，进行时效处理，即可得到掺杂0.4％Y的6061铝合金板材。经检测，该合金板材的抗拉强度达到355MPa以上，显著优于采用传统的T6热处理工艺制得的6061铝合金板材所具有的290MPa的抗拉强度。
实验例1：6061铝合金的微观组织观察实验。
从实施例1和2中得到的掺杂稀土元素钇的6061铝合金材料中分别取样，经打磨、抛光、腐蚀后，在光学显微镜下观察合金的微观组织，其结果如图1所示。
从图1中可以看出，通过添加稀土元素钇，6061铝合金的微观组织形态及大小得到明显改善，具有细晶强化作用，微观组织的演化有利于6061铝合金的力学性能提高。

Claims (10)

1.一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金的制备方法：其包括下列步骤：
1)制备铝钇合金锭：将6061铝合金置于熔炼设备中，加热到760～780℃并保持温度恒定；待完全熔化后，向铝熔液中添加铝钇中间合金，直至钇的重量占总重量的0.1％～0.4％；将铝钇中间合金压入铝熔液中并搅拌，使钇分布均匀；待铝钇中间合金全部熔化后，将熔体温度降至730℃～740℃并保持温度恒定，加入除渣除气剂，进行除渣除气处理；待除渣除气完毕后，将熔体温度降至700℃～720℃并保持温度恒定，静置5～10分钟后，浇注到预热的金属模具中，制得铝钇合金锭；
2)均匀化处理：将铝钇合金锭置于均匀化处理设备中，在560～580℃条件下保温6～8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝钇合金锭；
3)挤压成型：将均匀化处理的铝钇合金锭加热至350～500℃，挤出所需形状及尺寸的型材，并矫直、切断、风冷；
4)热处理：首先将型材在530～560℃条件下保温3～6小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3～5分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在160～200℃条件下保温6～10小时，进行时效处理，即可得到掺杂稀土元素钇的6061铝合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述熔炼设备为熔炼炉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述铝钇中间合金为Al-10Y合金。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述压入采用钟罩来完成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述搅拌采用石墨棒来完成。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述除渣除气剂为DSG除渣除气剂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述金属模具的预热温度为200℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述均匀化处理设备为电阻炉。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述挤出采用挤出机来完成；
所述型材为棒材、管材或板材。
10.一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金，其通过根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得。
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