CN106906386B - 一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调控Al‑La合金抗拉强度和塑性的方法，属于稀土合金技术领域。所述方法控制金属Al和金属La的比例，在熔炼炉内经预定熔炼温度熔化后，使Al‑La合金中La的含量为8wt％‑11wt％；经搅拌使金属Al和La之间相互充分溶解，以使冷却后的Al‑La合金凝固组织为α‑Al+Al11La3共晶相和初生α‑Al相，其中初生α‑Al相含量为5％‑30％；在Al‑La合金进行拉拔加工时，控制拉拔加工温度在200℃‑300℃。通过成分、凝固组织和工作温度的控制，综合改善Al‑La合金力学性能，有利于Al‑La合金线的生产，进而促进Al‑La合金线的开发和应用推广。

Description

一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法
技术领域
本发明涉及一种稀土合金技术领域，具体涉及一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法。
背景技术
稀土La是钢铁材料中常用的添加剂，具有细化凝固组织，净化钢液，提高材料抗氧化性能等作用。但是冶炼添加过程中，稀土La在高温条件下极易氧化烧损，导致实际收得率很低。由于Al的抗氧化能力强，倘若采用向钢中同时添加Al和La的方法可以有效降低La的氧化烧损。特别是针对高铝钢而言，这样的方法不仅添加了合金原料，同时降低了稀土La的烧损。因此，工业上采用添加铝基二元稀土合金Al-La合金的方法代替直接添加稀土La。
目前，现有Al-La合金产品以金属块和金属锭为主。在实际使用过程中，为方便Al-La合金的运输、添加和储存，一种主要的可行方法是将Al-La合金加工成线型材料。线型材料生产过程中的拉拔性能与材料的塑性和抗拉强度密切相关。由于Al-La合金中La在Al基体中容易分布不均，并且形成许多大而脆的稀土金属化合物，会导致材料的力学性能明显降低。现有生产工艺方法生产的Al-La合金塑性差，不易拉拔，并且合金中大量存在脆性稀土金属相，拉拔过程中极易出现断丝现象，严重影响Al-La合金线的生产。因此，提出一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法，对未来Al-La合金线的生产、应用和推广具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有生产工艺方法生产的Al-La合金塑性差，不易拉拔，并且合金中大量存在脆性稀土金属相，拉拔过程中极易出现断丝现象，严重影响Al-La合金线的生产的不足问题，提供一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法，通过成分、凝固组织和工作温度的控制，综合改善Al-La合金力学性能，有利于Al-La合金线的生产，进而促进Al-La合金线的开发和应用推广。
一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法，其特征在于，采用金属Al和金属La为原料，经真空熔炼、搅拌、拉拔等工艺制备成品Al-La合金。所述金属Al中Al的含量≥99％，金属La中La的含量≥95％，金属Al和金属La的质量比为(7.2～10.4):1，控制金属Al和金属La的比例，在熔炼炉内经预定熔炼温度熔化后，使所述Al-La合金中La的含量为8wt％-11wt％。经搅拌使金属Al和La之间相互充分溶解，以使冷却后的所述Al-La合金凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，其中所述初生α-Al相含量为5％-30％；该组织条件下可保证Al-La合金中拥有8wt％-11wt％La含量的同时仍具有断面收缩率30％以上的良好塑性。
进一步，采用真空感应炉熔炼，控制真空度≤60Pa，尽可能降低冶炼过程中原料的氧化；
进一步，熔炼温度≥930℃，达到熔炼温度后，采用电磁搅拌工艺搅拌≥3min，使金属Al和金属La完全熔化并且相互充分溶解，进而最终成品Al-La合金凝固组织中无单相金属La存在；
进一步，所述最终成品Al-La合金在进行拉拔加工时，控制工作温度在200℃-300℃，该温度范围保证Al-La合金在拉拔过程中兼具断面收缩率30％以上的良好塑性和60MPa以上的抗拉强度，有利于Al-La合金线的生产。
本发明的有益效果是：本发明方法条件下，控制最终成品Al-La合金凝固组织主要为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，且初生α-Al相含量范围为5％-30％，使拥有8wt％-11wt％La含量的Al-La合金仍具有断面收缩率30％以上的良好塑性；同时，控制拉拔工作温度在200℃-300℃，使Al-La合金在良好塑性基础上具有一定的抗拉强度；以上有益效果明显改善Al-La合金的力学性能，有利于加工Al-La合金线，便于其在钢铁生产中的应用，用以提高钢中Al和La的收得率。
附图说明
图1是本发明铸态样品Al-10La合金在电镜下观察到的凝固组织；
图2是本发明铸态样品Al-15La合金在电镜下观察到的凝固组织；
图3是本发明铸态样品Al-20La合金在电镜下观察到的凝固组织；
图4是本发明铸态样品Al-10La合金与Al-15La合金、Al-20La合金不同温度下断面收缩率变化的对照图；
图5是本发明铸态样品Al-10La合金与Al-15La合金、Al-20La合金不同温度下抗拉强度变化的对照图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行详细说明。
实施例1
采用纯度为99.99％的高纯金属Al块和纯度为99.9％的高纯金属La为原料，按金属Al与金属La质量比为8.1:1的比例放入已完成洗炉操作的真空感应炉中，抽真空至真空度2Pa。
将真空感应炉温度升至熔炼温度1000℃，达到熔炼温度后，采用电磁搅拌工艺搅拌3min，使金属La完全熔化且金属Al和La之间相互充分溶解。
待搅抖充分后，将Al-La合金熔体浇注于预先准备在真空感应炉内的石墨坩埚中，洗注时铝液进入型腔的流速遵循先慢-中快-后慢的原则；浇注完成后，待其自然冷却至室温，得到Al-La合金铸锭。
经成分检测，所制Al-La合金的La含量为10wt％(Al-10La合金)，满足本发明方法的成分要求。
为方便对比本发明方法的有益效果，采用以上相同的熔炼工艺方法，按金属Al与金属La质量比分别为5.1:1和3.6:1的比例，冶炼获得La含量分别为15wt％和20wt％的Al-La合金铸锭(Al-15La合金和Al-20La合金)，不满足本发明方法的成分要求。
由附图1可发现，Al-10La合金凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，初生α-Al相所占比例约为12％，满足本发明方法的组织要求。
由附图2和3可发现，Al-15La合金和Al-20La合金凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生Al11La3相，其中Al-15La合金中初生Al11La3呈现条状，Al-20La合金中初生Al11La3呈现颗粒状，不满足本发明方法的组织要求。
在200℃下进行拉拔测试，如附图4和5可知，Al-10La合金断面收缩率为35％，抗拉强度为95MPa，塑性和抗拉强度明显好于Al-15La和Al-20La合金。
实施例2
采用与实施例1相同的实施过程，与实施例1不同的是在250℃下进行拉拔测试，其它保持不变。
由附图4和5可知，250℃下进行拉拔测试，Al-10La合金断面收缩率为45％，塑性进一步提升，抗拉强度为80MPa，塑性和抗拉强度仍明显好于Al-15La和Al-20La合金。
实施例3
采用与实施例1相同的实施过程，与实施例1不同的是在300℃下进行拉拔测试，其它保持不变。
由附图2和3可知，300℃下进行拉拔测试，Al-10La合金断面收缩率为60％，体现出高塑性，抗拉强度为65MPa，塑性和抗拉强度仍明显好于Al-15La和Al-20La合金。
实施例4
采用与实施例1相同的熔炼工艺方法，原料金属Al与金属La质量比为7.2:1，得到La含量为8wt％的Al-La合金铸锭，其凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，初生α-Al相所占比例约为30％，满足本发明方法的成分和组织要求。
实施例5
采用与实施例1相同的熔炼工艺方法，原料金属Al与金属La质量比为10.4:1，得到La含量为11wt％的Al-La合金铸锭，其凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，初生α-Al相所占比例约为5％，满足本发明方法的成分和组织要求。

Claims (2)

1.一种调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法，其特征在于，采用金属Al和金属La为原料，经真空熔炼、搅拌、拉拔工艺制备成品Al-La合金；所述金属Al和金属La的质量比为(7.2～10.4):1，控制金属Al和金属La的比例，在熔炼炉内经预定熔炼温度熔化后，使所述Al-La合金中La的含量为8wt％-11wt％；
其中，所述熔炼炉为真空感应炉，控制真空度≤60Pa；
所述预定熔炼温度≥930℃；
采用电磁搅拌工艺搅拌≥3min，使金属Al和La之前相互充分溶解；以使冷却后的所述Al-La合金凝固组织为α-Al+Al11La3共晶相和初生α-Al相，其中所述初生α-Al相含量为5％-30％；
所述Al-La合金在进行拉拔加工时，控制拉拔加工温度在200℃-300℃。
2.根据权利要求1所述调控Al-La合金抗拉强度和塑性的方法，其特征在于，所述金属铝中铝的含量≥99％，金属La中La的含量≥95％。
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