CN106435303A - 一种高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法，稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.1-0.15的铝合金锭和稀土合金中间料制成，铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.03％-2.28％、Mg：1.56％-1.71％、Zn：7.14％-7.56％，余量为Al；稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.0％-2.5％、La：2.0％-2.6％、Sc≤1.5％，余量为Al；本发明所提供的高强度、高韧性稀土铝合金材料，稀土复合添加剂的稀土成分为铈、镧、钪，大大减少我们传统工艺添加的昂贵稀土钪元素的量，在达到很好的强硬度和伸长率等物理性同时，降低了昂贵的稀土钪元素的含量，降低了生产成本，本发明制备方法操作简便，生产成本低，更为节能，易于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属合金及其制备技术领域，具体是涉及一种高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法。
背景技术
国际上高强铝合金研制基本上是沿着高强度、低韧性向高强度、高韧性再向高强度、高韧性、耐腐蚀方向发展。我国铝合金牌号众多，但高性能的铝合金产品严重不足，大部分需要进口或依赖美铝公司，存在成量少价格高的现象。
而稀土被认为是新能源、新材料的宝库，是改造传统产业、提升传统产品的“维生素”，它被美国、日本等国列为发展新技术产业的战略性元素，在当代信息、生物、新材料、新能源、空间科学技术及海洋开发研究中，具有重要作用及广泛用途；实践证明，向铝合金中添加稀土等各类添加剂，可以改善其微观组织结构与综合工艺性能，从而达到提高其挤压加工性能、型材制品的力学性能以及化学物理性能，并具有显著的节能降耗效果，因此，稀土高强铝合金的出现解决了高强铝合金一直以来的高成本带来的无法实现低成本、产业化生产的问题。
但是，现有的稀土铝合金大多采用单一加入稀土，不仅价格昂贵，而且单一加入稀土的作用不能顾及全面性能，不能达到很好的物理性能，需要综合优化设计，方可满足各项性能要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种组分配比合理而且低成本、高强度、高韧性稀土铝合金材料。
本发明另一目的在于提供一种高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料，所述稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.1-0.15的铝合金锭和稀土合金中间料制成，所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.03％-2.28％、Mg：1.56％-1.71％、Zn：7.14％-7.56％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.0％-2.5％、La：2.0％-2.6％、Sc≤1.5％，余量为Al。
作为本发明进一步改进，所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.15％、Mg：1.62％、Zn：7.40％，余量为铝；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.3％、La：2.4％、Sc：1.2％，余量为Al。
本发明的另一方面提供一种高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，装入熔铝炉中熔炼，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：对经过过滤处理的铝液陶瓷泡沫进行搅拌和保温处理；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中浇注并锻造成铸锭；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得20-160mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至2.5-16mm厚度后卷取，形成卷起坯；
(3-3)淬火工艺：
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃-520℃，处理时间为3-5h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理，优选地，具体工艺为：处理温度90-205℃，处理时间1-3h，加热气氛为天然气；进行水淬处理，48h后，进行人工时效处理，人工时效处理的温度为100-150℃，时间为20-30h，制得高强度、高韧性稀土铝合金材料。
作为本发明进一步改进，步骤(2-3)所述去除铝液中的气体为加入惰性气体去除铝液中的氢气；使得铝液中的氢气小于0.014ml/100g，所述惰性气体选自体积比为2.2:1.3的氩气和氮气的混合物。
作为本发明进一步改进，步骤(2-1)所述熔炼的具体工艺为：分别电解铝合金锭和中间合金，将电解后的铝合金锭装入熔铝炉中熔炼，调整炉温并控制在700℃-730℃，保温2h-5h，再加入电解后的中间合金，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液。
作为本发明进一步改进，步骤(2-6)所述均质化的具体工艺为：铝液陶瓷泡沫过滤处理后，开启炉底电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌时间为30-50min，后保温，保温时间为30-50min，温度为600-700℃。
作为本发明进一步改进，步骤(2-7)所述浇注的具体工艺为：对经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫进行浇注并锻造，浇注温度为715-730℃，锻造温度为300-450℃。
本发明通过对浇注温度和锻造温度进行严格的控制，使得制备的稀土铝合金材料具有很好的力学性能，如果温度超过此范围，将会引起稀土铝合金材料的过烧，严重降低其性能。
作为本发明进一步改进，步骤(3-1)所述铸锭加热的具体工艺为：采用电磁感应加热技术，加热温度为420℃-455℃，加热时间为50-65min；步骤(3-2)所述轧制挤压的轧制温度控制在380℃-400℃，挤压速度控制在12m/min-15m/min；步骤(3-3)所述淬火工艺的具体工艺为：在450-500℃下固溶40-60min。
为便于轧制，最后在热轧机上将样品轧制，热轧温度控制在380-400℃左右。可以减少轧制过程中产品的边缘裂缝情况，并且性能进一步提供；严格控制淬火工艺的温度和时间，可以起到非常好的固溶效果。淬火工艺的最佳热处理制度为：在485℃温度下固溶55min以得到满意的固溶效果，水淬48h后人工时效，时效制度定为120℃/24h为最优。
作为本发明进一步改进，步骤(3-2)所述轧制挤压的轧制温度为390℃，轧制时在其表面包裹一层铝皮，所述铝片的厚度为0.5mm。
由于合金硬度高而且脆性大，延展性能较差，不易轧制成形，因此在其表面包裹一层厚度为0.5mm的铝皮以提高合金的延展性能。
作为本发明进一步改进，步骤(4-2)所述冷却处理的具体工艺为：先以250-300℃/h升温至520-540℃，保温0.5-1h，然后强风风冷至200-250℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至450-480℃，保温1-2h，然后以80-120℃/h降温至240-280℃，保温2-3h，再置于0-5℃冰水中降温至50℃以下，然后取出以40-50℃/h升温至80-90℃，保温15-20h，空冷至室温后以50-60℃/h升温至110-130℃，保温10-15h，再以20-40℃/h升温至180-200℃，保温5-10h，再以60-80℃/h降温至65-75℃，保温18-24h，空冷至室温。
本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的高强度、高韧性稀土铝合金材料，稀土元素添加后，能和铝合金元素发生微合金化作用，增强铝合金的耐磨、抗蚀、机械强度和伸长率，采用自制的稀土合金中间料，稀土合金中间料的稀土成分为铈、镧、钪，其中钪在稀土合金中间料中的重量比小，大大减少我们传统工艺添加的昂贵稀土钪元素的量，在达到很好的强硬度和伸长率等物理性的同时，达到了低成本的稀土元素代替昂贵的稀土钪元素目的，降低了生产成本，选择的三种稀土元素互相协同，减少铝合金枝晶间距，起到单一稀土元素细化晶粒时难以均匀的问题，降低了铝合金中杂质元素的量，有助于偏析现象的减少，合金化更均匀。
本发明的制备方法操作简便，生产成本低，采用了特殊熔炼、轧制、均匀化加热和冷却处理，并对各参数进行严格的限定，使得制备的稀土铝合金材料具有非常好的力学性能，例如具有非常好的剪切强度和抗拉强度等。
具体实施方式
实施例1
本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.1的铝合金锭和稀土合金中间料制成，
所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.15％、Mg：1.62％、Zn：7.40％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.3％、La：2.4％、Sc：1.2％，余量为Al。
实施例2
本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.15的铝合金锭和稀土合金中间料制成，
所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.03％、Mg：1.56％、Zn：7.14％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.0％、La：2.6％、Sc：1.0％，余量为Al；
该稀土铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，装入熔铝炉中熔炼，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：对经过过滤处理的铝液陶瓷泡沫进行搅拌和保温处理；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中浇注，锻造成铸锭；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得50mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至10mm厚度后卷取，形成卷起坯；
(3-3)淬火工艺：
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃℃，处理时间为3h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理。
实施例3
本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.15的铝合金锭和稀土合金中间料制成，
所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.28％、Mg：1.71％、Zn：7.56％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.5％、La：2.0％、Sc:0.1％，余量为Al
该稀土铝合金材料的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，将电解后的铝合金锭装入熔铝炉中熔炼，调整炉温并控制在720℃，保温3h，再加入电解后的中间合金，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；去除铝液中的气体为加入惰性气体去除铝液中的氢气；使得铝液中的氢气小于0.014ml/100g，所述惰性气体选自体积比为2.2:1.3的氩气和氮气的混合物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：铝液陶瓷泡沫过滤处理后，开启炉底电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌时间为45min，后保温，保温时间为40min，温度为650℃；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中进行浇注并锻造，浇注温度为720℃，锻造温度为400℃；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：采用电磁感应加热技术，加热温度为420℃，加热时间为60min；
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得50mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至10mm厚度后卷取，形成卷起坯，轧制温度控制在380℃，挤压速度控制在12m/min，轧制时在其表面包裹一层铝皮，所述铝片的厚度为0.5mm；
(3-3)淬火工艺：在485℃下固溶50min；
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃，处理时间为3h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理，先以250℃/h升温至520℃，保温0.5h，然后强风风冷至200℃，保温2h，再以100℃/h升温至450℃，保温1h，然后以80℃/h降温至240℃，保温2h，再置于0℃冰水中降温至45℃，然后取出以40℃/h升温至80℃，保温15h，空冷至室温后以50℃/h升温至110℃，保温10h，再以20℃/h升温至180℃，保温5h，再以60℃/h降温至65℃，保温18h，空冷至室温；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理，处理温度90℃，处理时间3h，加热气氛为天然气；进行水淬处理，48h后，进行人工时效处理，人工时效处理的温度为100℃，时间为20h，制得高强度、高韧性稀土铝合金材料。
实施例4
一种高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，装入熔铝炉中熔炼，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：对经过过滤处理的铝液陶瓷泡沫进行搅拌和保温处理；
(2-7)浇注：对经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫进行浇注并锻造，浇注温度为730℃，锻造温度为450℃；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：采用电磁感应加热技术，加热温度为440℃-455℃，加热时间为50min；
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得20mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至15mm厚度后卷取，形成卷起坯，轧制温度控制在390℃，挤压速度控制在15m/min；
(3-3)淬火工艺：在460℃下固溶60min；
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃℃，处理时间为3h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理。
实施例5
一种高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，将电解后的铝合金锭装入熔铝炉中熔炼，调整炉温并控制在730℃，保温5h，再加入电解后的中间合金，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；去除铝液中的气体为加入惰性气体去除铝液中的氢气；使得铝液中的氢气小于0.014ml/100g，所述惰性气体选自体积比为2.2:1.3的氩气和氮气的混合物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：铝液陶瓷泡沫过滤处理后，开启炉底电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌时间为50min，后保温，保温时间为50min，温度为700℃；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中进行浇注并锻造，浇注温度为730℃，锻造温度为450℃；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：采用电磁感应加热技术，加热温度为455℃，加热时间为65min；
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得50mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至5mm厚度后卷取，形成卷起坯，轧制温度控制在400℃，挤压速度控制在14m/min，轧制时在其表面包裹一层铝皮，所述铝片的厚度为0.5mm；
(3-3)淬火工艺：在500℃下固溶40min；
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃，处理时间为3h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理，先以300℃/h升温至540℃，保温1h，然后强风风冷至250℃，保温3h，再以150℃/h升温至480℃，保温2h，然后以120℃/h降温至280℃，保温3h，再置于5℃冰水中降温至10℃，然后取出以50℃/h升温至90℃，保温20h，空冷至室温后以60℃/h升温至130℃，保温15h，再以40℃/h升温至200℃，保温10h，再以80℃/h降温至75℃，保温24h，空冷至室温；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理，处理温度205℃，处理时间3h，加热气氛为天然气；进行水淬处理，48h后，进行人工时效处理，人工时效处理的温度为150℃，时间为30h，制得高强度、高韧性稀土铝合金材料。
实施例6
一种高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理；
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，将电解后的铝合金锭装入熔铝炉中熔炼，调整炉温并控制在710℃，保温4h，再加入电解后的中间合金，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；去除铝液中的气体为加入惰性气体去除铝液中的氢气；使得铝液中的氢气小于0.014ml/100g，所述惰性气体选自体积比为2.2:1.3的氩气和氮气的混合物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：铝液陶瓷泡沫过滤处理后，开启炉底电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌时间为35min，后保温，保温时间为45min，温度为680℃；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中进行浇注并锻造，浇注温度为725℃，锻造温度为385℃；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：采用电磁感应加热技术，加热温度为435℃，加热时间为57min；
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得50mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至100mm厚度后卷取，形成卷起坯，轧制温度控制在395℃，挤压速度控制在13m/min，轧制时在其表面包裹一层铝皮，所述铝片的厚度为0.5mm；
(3-3)淬火工艺：在475℃下固溶55min；
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃，处理时间为3h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理，先以275℃/h升温至530℃，保温0.7h，然后强风风冷至220℃，保温2.5h，再以141℃/h升温至465℃，保温1.5h，然后以100℃/h降温至260℃，保温2.5h，再置于2.5℃冰水中降温至25℃，然后取出以45℃/h升温至85℃，保温17.5h，空冷至室温后以55℃/h升温至120℃，保温12.5h，再以30℃/h升温至190℃，保温7.5h，再以70℃/h降温至70℃，保温20h，空冷至室温；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理，处理温度150℃，处理时间2.5h，加热气氛为天然气；进行水淬处理，48h后，进行人工时效处理，人工时效处理的温度为125℃，时间为24h，制得高强度、高韧性稀土铝合金材料。
取实施例1至实施例3所制备的稀土铝合金成品材料，送样至湖南稀鑫材料与稀土循环技术中心，对上述进行性能测试如下：
(a)剪切强度
测试设备：DDL电子万能试验机
测试条件：试验速度 v＝2mm/min 标距L＝25mm 试验依据GB/T6400-2700标准进行
试验结果：
| 实施例 | 直径(mm) | 剪切强度(MPa) |
| 1 | 9.98 | 348.5 |
| 2 | 10.65 | 370.0 |
| 3 | 13.12 | 402.5 |
(b)硬度值
测试设备：200-HVS-5维氏硬度计
测试条件：稀土铝合金成品材料试验依据GB/T4340.1-1999标准进行
试验结果：
(c)抗拉强度、屈服强度、延伸率
测试设备：DDL电子万能试验机
测试条件：试验速度v＝2mm/min 标距L＝45mm 稀土铝合金成品材料 试验依据GB/T228-2010标准进行
试验结果：
综上，对比现有的铝合金材料，本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料具有特别好的剪切强度、硬度值、抗拉强度、屈服强度、延伸率等物理性，相对现有技术取得了很大的进步。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高强度、高韧性稀土铝合金材料，其特征在于，所述稀土铝合金材料主要由重量比为1：0.1-0.15的铝合金锭和稀土合金中间料制成，所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.03％-2.28％、Mg：1.56％-1.71％、Zn：7.14％-7.56％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.0％-2.5％、La：2.0％-2.6％、Sc≤1.5％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述高强度、高韧性稀土铝合金材料，其特征在于，所述铝合金锭含有如下重量百分比的元素：Cu：2.15％、Mg：1.62％、Zn：7.40％，余量为Al；所述稀土合金中间料各元素及其在稀土铝合金材料中的重量百分比为：Ce：2.3％、La：2.4％、Sc：1.2％，余量为Al。
3.一种权利要求1或2所述高强度、高韧性稀土铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：制备AL-Ce、AL-La及AL-Sc中间合金，备用；
(2)熔铸处理：
(2-1)熔炼：分别电解铝合金锭和中间合金，装入熔铝炉中熔炼，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液；
(2-2)静止：将铝液转注到保温炉中保温静止；
(2-3)除杂：将铝液流入在线铝精炼净化处理装置，去除铝液中的气体和非金属夹杂物；
(2-4)结晶：将经过除杂处理的铝液在流经在线铝精炼净化处理装置的铸造流槽过程中，连续加入铝-钛-硼线杆，结晶，并细化晶粒，形成铝液陶瓷泡沫；
(2-5)过滤：对铝液陶瓷泡沫进行过滤；
(2-6)均质化：对经过过滤处理的铝液陶瓷泡沫进行搅拌和保温处理；
(2-7)浇注：将经过均质化处理的铝液陶瓷泡沫放入立式半连续铸造机中浇注并锻造成铸锭；
(3)轧制处理：
(3-1)铸锭加热：
(3-2)轧制挤压：将加热后的铸锭在热轧上经过多道次轧制挤压，制得20-160mm厚度的板坯；将板坯，经单机架热精轧机轧制挤压，轧至2.5-16mm厚度后卷取，形成卷起坯；
(3-3)淬火工艺：
(4)均匀化热处理与冷却处理：
(4-1)均匀化热处理：对卷起坯进行均匀化热处理，处理温度为500℃-520℃，处理时间为3-5h；
(4-2)冷却处理：对经过均匀化热处理后的卷起坯进行冷却处理；
(5)校直校平处理
对经过冷却处理的卷起坯进行校直校平处理，得到直平坯；
(6)T5态时效处理：
对经过校直校平处理得到的直平坯进行T5态时效处理，优选地，具体工艺为：处理温度90-205℃，处理时间1-3h，加热气氛为天然气；进行水淬处理，48h后，进行人工时效处理，人工时效处理的温度为100-150℃，时间为20-30h，制得高强度、高韧性稀土铝合金材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2-3)所述去除铝液中的气体为加入惰性气体去除铝液中的氢气；使得铝液中的氢气小于0.014ml/100g，所述惰性气体选自体积比为2.2:1.3的氩气和氮气的混合物。
5.根据权利要求3所述高强度、高韧性稀土铝合金材料，其特征在于，步骤(2-1)所述熔炼的具体工艺为：分别电解铝合金锭和中间合金，将电解后的铝合金锭装入熔铝炉中熔炼，调整炉温并控制在700℃-730℃，保温2h-5h，再加入电解后的中间合金，电磁搅拌或扒渣处理，制得铝液。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2-6)所述均质化的具体工艺为：铝液陶瓷泡沫过滤处理后，开启炉底电磁搅拌装置进行搅拌，搅拌时间为30-50min，后保温，保温时间为30-50min，温度为600-700℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2-7)所述浇注的具体工艺为：浇注温度为715-730℃，锻造温度为300-450℃。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3-1)所述铸锭加热的具体工艺为：采用电磁感应加热技术，加热温度为420℃-455℃，加热时间为50-65min；步骤(3-2)所述轧制挤压的轧制温度控制在380℃-400℃，挤压速度控制在12m/min-15m/min；步骤(3-3)所述淬火工艺的具体工艺为：在450-500℃下固溶40-60min。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3-2)所述轧制挤压的轧制温度为390℃，轧制时在其表面包裹一层铝皮，所述铝片的厚度为0.5mm。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4-2)所述冷却处理的具体工艺为：先以250-300℃/h升温至520-540℃，保温0.5-1h，然后强风风冷至200-250℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至450-480℃，保温1-2h，然后以80-120℃/h降温至240-280℃，保温2-3h，再置于0-5℃冰水中降温至50℃以下，然后取出以40-50℃/h升温至80-90℃，保温15-20h，空冷至室温后以50-60℃/h升温至110-130℃，保温10-15h，再以20-40℃/h升温至180-200℃，保温5-10h，再以60-80℃/h降温至65-75℃，保温18-24h，空冷至室温。
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