CN110923520A - 一种稀土铝合金材料及其成分控制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种稀土铝合金材料及其成分控制工艺，所述稀土铝合金材料包括AlMgSi合金和稀土合金，所述稀土铝合金材料由如下重量百分比的成分组成：Si：10.50~11.50wt%，Fe：0.50~0.75wt%，Cu：0.05~0.15wt%，Zn：0.05~0.10wt%，Mg：0.20~0.35wt%，Mn：0.20~0.40wt%，Ce：0.105~0.150wt%，La：0.050~0.10wt%，余量为Al和不可避免的杂质；所述杂质中每项杂质重量≤0.05wt%，杂质重量总和≤0.50wt%。所述整形装置结构设计合理，可对整形模腔内的待整形齿轮进行整形处理，自动化程度高，节省人力，提升整形效率，降低整形成本，经济效益好。所述稀土铝合金材料，从组织、密度等多维度提升了材料自身性能，优化了客户产品质量，改善了工艺加工性，从而降低了产品不良率，节约了成本，间接性的提高了下游企业的生产效率和利润率。

Description

一种稀土铝合金材料及其成分控制工艺

技术领域

本发明属于铝合金材料技术领域，具体地，涉及一种稀土铝合金材料及其成分控制工艺。

背景技术

随着铝合金技术的不断发展，铝合金材料应用的领域日趋广泛，不同技术领域对特种铝合金材料的需求种类越来越多。尤其汽车等高速运转工具的安全配件、高精密机电设备的超导材料、航天航空等高科技领域，对质量轻、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能优异的材质需求日趋增大，品质要求也越趋严格。

所以对材质自身组织、晶粒、气密性的要求也超越常规的铝合金材料。

对于稀土铝合金，公开号为CN106011507A的中国专利公开了一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金及其制备方法。其特征在于：在6082合金的基体中加入了占最终产物Al-Mg-Si-Y稀土铝合金重量百分比为0.1％～0.7％的稀土Y元素。由于加入了微量的稀土Y元素，细化了合金的二次枝晶组织，减小了共晶化合物尺寸的同时，改善了合金中粗大化合物相AlFeMnSi、AlFeSi相的形貌，由原来硬脆的针状或粗大的骨骼状变成细小、破碎的团球状，棱角钝化，降低了富铁杂质相的危害，避免了拉伸过程中应力集中的产生，合金的综合性能得到改善，其最大抗拉强度较未添加Y提高了10％，合金的塑性较未添加Y，合金的伸长率提高了83.9％。然而，该专利中，采用在6082合金中添加稀土Y元素，然而，添加单一的稀土元素，细化晶粒的效果并不明显。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种稀土铝合金材料及其成分控制工艺，所述稀土铝合金材料，从组织、密度等多维度提升了材料自身性能，优化了客户产品质量，改善了工艺加工性，从而降低了产品不良率，节约了成本，间接性的提高了下游企业的生产效率和利润率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种稀土铝合金材料，所述稀土铝合金材料包括AlMgSi合金和稀土合金，所述稀土铝合金材料由如下重量百分比的成分组成：Si：10.50～11.50wt％，Fe：0.50～0.75wt％，Cu：0.05～0.15wt％，Zn：0.05～0.10wt％，Mg：0.20～0.35wt％，Mn：0.20～0.30wt％，Ce：0.105～0.150wt％，La：0.050～0.10wt％，余量为Al和不可避免的杂质；所述杂质中每项杂质≤0.05wt％，杂质总和≤0.50wt％。

进一步地，所述稀土铝合金材料内稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，稀土合金产品规格为Ce70％，La30％。

同时，本发明还提供一种稀土铝合金材料的成分控制工艺，所述成分控制工艺包括如下步骤：

1)取实验炉，炉内装填有AlMgSi合金熔体，向实验炉内添加稀土合金，控制稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，控制实验炉内稀土铝合金材料中Fe含量至目标值，打底溶解、扒渣，待炉内熔体静置后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D1，检测试样D1内Fe的含量是否达到控制要求；

2)向实验炉内投入金属硅，控制实验炉内稀土铝合金材料中Si含量至目标值，待硅完全熔解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D2，检测试样D2内Si的含量，调整炉内成分直到达到控制要求；

3)静置待实验炉内熔体温度降低至730℃时，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D3，检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求；

4)检测试样D3符合要求后，向实验炉内加入精炼剂进行除气、扒渣；

5)前述工艺完成后，继续向实验炉内微量添加稀土合金，精细化调整实验炉内稀土铝合金材料中Ce、La含量至目标值，Ce、La溶解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D4，检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求；

6)试样D4中Ce、La含量达到控制要求后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D5，检测试样D5中稀土合金含量，稀土合金含量符合要求后，将实验炉内的稀土铝合金熔液浇铸至模具内，静置、冷却，完成稀土铝合金材料制备工艺。

进一步地，所述实验炉为坩埚炉或反射式熔炼炉，所述坩埚炉为300kg坩埚炉，步骤1)中实验炉内成品稀土铝合金材料的成品汤量为270kg；所述反射式熔炼炉为双室蓄热型节能反射熔解炉。

进一步地，步骤1)中添加的稀土合金中Ce：70wt％，La：30wt％。

进一步地，步骤1)中稀土铝合金材料中Fe含量的目标值为0.60～0.75wt％，试样D1的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D1取样温度≥730℃；试样D1送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D1内Fe的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Fe实际含量添加铁剂增加Fe含量，直至满足要求。

进一步地，步骤2)中稀土铝合金材料中Si含量的目标值为11wt％，试样D2的取样要求：熔体搅拌均匀，熔硅温度≥750℃，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D2取样温度≥780℃；试样D2送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D2内Si的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Si实际含量添加硅剂增加Si含量，直至满足要求。

进一步地，步骤3)中试样D3的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D3取样温度≥730℃；试样D3送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求。

进一步地，步骤4)中精炼剂用量为1kg，除气温度为730～740℃；步骤5)中稀土铝合金材料中Ce含量的目标值为Ce：0.105～0.145wt％，Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；步骤5)中试样D4的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D4取样温度≥730℃；试样D4送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求，如不符合要求，继续微量添加稀土合金，精细化调整直至符合要求。

进一步地，步骤6)中稀土铝合金材料的稀土合金含量要求为0.155～0.250wt％，试样D5的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D5取样温度≥730℃；试样D5送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D5内稀土合金含量是否符合要求，如不符合要求，继续添加稀土合金，调整稀土合金含量直至符合要求，稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；浇铸过程中，熔体温度＜740℃；浇铸过程中取样：稀土铝合金材料锭断面1块，圆样1个，拉棒5根，K模5小块。

本发明的有益效果在于：

所述稀土铝合金材料增加稀土元素La+Ce并合理配比，可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，从而大大改善了合金的塑性加工性及产品的表面特性，提升了产品质量；

制定了精细化的变质工艺流程，对稀土铝合金材料进行细化处理，使铝合金熔铸时增加成分过冷(注：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷)，细化晶粒，减少二次晶间距，进而减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球状化；

所述稀土铝合金材料，用于客户产品的生产验证中，改善了加工工艺性，提高了产品合格率，从而降低了不良品产生，节约了生产成本。

所述稀土铝合金材料的成分控制工艺：

1.研究稀土铝合金材料中稀土元素准确配比，为新材料研发量产收集数据；

稀土是改善合金组织和结构的有效元素，稀土合金的回收指合金化后稀土合金的实际元素含量，按70％的有效回收率投放稀土合金；

2.研究新材料新配方的控制方式、稀土用量及验证的准确性；

3.研究新材料对于晶粒、密度等组织结构的细化，改善材料自身的物力化学性能以及工艺加工性。

附图说明

图1为本发明所提供的一种稀土铝合金材料的金相组织示意图；

图2为图1的局部放大图。

具体实施方式

本发明所述的一种稀土铝合金材料，所述稀土铝合金材料包括AlMgSi合金和稀土合金，所述稀土铝合金材料由如下重量百分比的成分组成：Si：10.50～11.50wt％，Fe：0.50～0.75wt％，Cu：0.05～0.15wt％，Zn：0.05～0.10wt％，Mg：0.20～0.35wt％，Mn：0.20～0.30wt％，Ce：0.105～0.150wt％，La：0.050～0.10wt％，余量为Al和不可避免的杂质；所述杂质中每项杂质≤0.05wt％，杂质总和≤0.50wt％。

进一步地，所述稀土铝合金材料内稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，稀土合金产品规格为Ce70％，La30％。

同时，本发明还提供一种稀土铝合金材料的成分控制工艺，所述成分控制工艺包括如下步骤：

1)取实验炉，炉内装填有AlMgSi合金熔体，向实验炉内添加稀土合金，控制稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，控制实验炉内稀土铝合金材料中Fe含量至目标值，打底溶解、扒渣，待炉内熔体静置后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D1，检测试样D1内Fe的含量是否达到控制要求；

2)向实验炉内投入金属硅，控制实验炉内稀土铝合金材料中Si含量至目标值，待硅完全熔解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D2，检测试样D2内Si的含量，调整炉内成分直到达到控制要求；

3)静置待实验炉内熔体温度降低至730℃时，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D3，检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求；

4)检测试样D3符合要求后，向实验炉内加入精炼剂进行除气、扒渣；

5)前述工艺完成后，继续向实验炉内微量添加稀土合金，精细化调整实验炉内稀土铝合金材料中Ce、La含量至目标值，Ce、La溶解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D4，检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求；

6)试样D4中Ce、La含量达到控制要求后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D5，检测试样D5中稀土合金含量，稀土合金含量符合要求后，将实验炉内的稀土铝合金熔液浇铸至模具内，静置、冷却，完成稀土铝合金材料制备工艺。

进一步地，所述实验炉为坩埚炉或反射式熔炼炉，所述坩埚炉为300kg坩埚炉，步骤1)中实验炉内成品稀土铝合金材料的成品汤量为270kg；所述反射式熔炼炉为双室蓄热型节能反射熔解炉。

进一步地，步骤1)中添加的稀土合金中Ce：70wt％，La：30wt％。

进一步地，步骤1)中稀土铝合金材料中Fe含量的目标值为0.60～0.75wt％，试样D1的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D1取样温度≥730℃；试样D1送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D1内Fe的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Fe实际含量添加铁剂增加Fe含量，直至满足要求。

进一步地，步骤2)中稀土铝合金材料中Si含量的目标值为11wt％，试样D2的取样要求：熔体搅拌均匀，熔硅温度≥750℃，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D2取样温度≥780℃；试样D2送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D2内Si的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Si实际含量添加硅剂增加Si含量，直至满足要求。

进一步地，步骤3)中试样D3的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D3取样温度≥730℃；试样D3送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求。

进一步地，步骤4)中精炼剂用量为1kg，除气温度为730～740℃；步骤5)中稀土铝合金材料中Ce含量的目标值为Ce：0.105～0.145wt％，Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；步骤5)中试样D4的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D4取样温度≥730℃；试样D4送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求，如不符合要求，继续微量添加稀土合金，精细化调整直至符合要求。

进一步地，步骤6)中稀土铝合金材料的稀土合金含量要求为0.155～0.250wt％，试样D5的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D5取样温度≥730℃；试样D5送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D5内稀土合金含量是否符合要求，如不符合要求，继续添加稀土合金，调整稀土合金含量直至符合要求，稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；浇铸过程中，熔体温度＜740℃；浇铸过程中取样：稀土铝合金材料锭断面1块，圆样1个，拉棒5根，K模5小块。

表1为本发明实施例中稀土铝合金的成分组成列表。

表1(单位：wt％)

将所述稀土铝合金材料送至第三方材料检测中心检测，测得稀土铝合金材料中，Ce：0.13wt％，La：0.074wt％。

由上可知，实施例1、实施例2以及第三方检测中心检测结果，稀土铝合金材料中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1。

本发明所提供的稀土铝合金材料，稀土铝合金材料研制过程，稀土元素回收比例为70％，坩埚炉和反射式熔炼炉生产比例均可按70％的回收率进行配比；

稀土铝合金材料研制过程，稀土合金中La、Ce元素烧损基本相同(重熔配比后元素成分基本以1:2＝La:Ce)；

稀土铝合金材料研制过程，稀土La、Ce元素含量控制按70％回收率控制工艺配比，能满足客户使用需求；

稀土铝合金材料研制效果金相验证，组织晶粒被细化，排布均匀，减少了二次晶间距；大大降低了材料中气体和夹杂，提高了材料表明物理特性以及工艺加工性。

说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种稀土铝合金材料，其特征在于，所述稀土铝合金材料包括AlMgSi合金和稀土合金，所述稀土铝合金材料由如下重量百分比的成分组成：Si：10.50~11.50wt%，Fe：0.50~0.75wt%，Cu：0.05~0.15wt%，Zn：0.05~0.10wt%，Mg：0.20~0.35wt%，Mn：0.20~0.30wt%，Ce：0.105~0.150wt%，La：0.050~0.10wt%，余量为Al和不可避免的杂质；

所述杂质中每项杂质≤0.05wt%，杂质总和≤0.50wt%。

2.根据权利要求1所述的稀土铝合金材料，其特征在于，所述稀土铝合金材料内稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，稀土合金产品规格为Ce70%，La30%。

3.一种如权利要求1~2所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，所述成分控制工艺包括如下步骤：

1)取实验炉，炉内装填有AlMgSi合金熔体，向实验炉内添加稀土合金，控制稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1，控制实验炉内稀土铝合金材料中Fe含量至目标值，打底溶解、扒渣，待炉内熔体静置后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D1，检测试样D1内Fe的含量是否达到控制要求；

2)向实验炉内投入金属硅，控制实验炉内稀土铝合金材料中Si含量至目标值，待硅完全熔解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D2，检测试样D2内Si的含量，调整炉内成分直到达到控制要求；

3)静置待实验炉内熔体温度降低至730℃时，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D3，检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求；

4)检测试样D3符合要求后，向实验炉内加入精炼剂进行除气、扒渣；

5)前述工艺完成后，继续向实验炉内微量添加稀土合金，精细化调整实验炉内稀土铝合金材料中Ce、La含量至目标值，Ce、La溶解后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D4，检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求；

6)试样D4中Ce、La含量达到控制要求后，用取样勺舀取适量熔体倒入提前烘烤好的模具内，冷却凝固后标注为试样D5，检测试样D5中稀土合金含量，稀土合金含量符合要求后，将实验炉内的稀土铝合金熔液浇铸至模具内，静置、冷却，完成稀土铝合金材料制备工艺。

4.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，所述实验炉为坩埚炉或反射式熔炼炉，所述坩埚炉为300kg坩埚炉，步骤1)中实验炉内成品稀土铝合金材料的成品汤量为270kg；所述反射式熔炼炉为双室蓄热型节能反射熔解炉。

5.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤1)中添加的稀土合金中Ce：70wt%，La：30wt%。

6.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤1)中稀土铝合金材料中Fe含量的目标值为0.60~0.75wt%，试样D1的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D1取样温度≥730℃；试样D1送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D1内Fe的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Fe实际含量添加铁剂增加Fe含量，直至满足要求。

7.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤2)中稀土铝合金材料中Si含量的目标值为11wt%，试样D2的取样要求：熔体搅拌均匀，熔硅温度≥750℃，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D2取样温度≥780℃；试样D2送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D2内Si的含量是否达到控制目标值要求，若未达到，可根据熔体内Si实际含量添加硅剂增加Si含量，直至满足要求。

8.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤3)中试样D3的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D3取样温度≥730℃；试样D3送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D3中除Fe和Si至外的其余元素是否在控制要求范围内，如不符合要求，继续投入常规AlMgSi合金原料直至符合要求。

9.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤4)中精炼剂用量为1kg，除气温度为730~740℃；

步骤5)中稀土铝合金材料中Ce含量的目标值为Ce：0.105~0.145wt%，Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；

步骤5)中试样D4的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D4取样温度≥730℃；试样D4送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D4内Ce、La含量是否达到控制要求，如不符合要求，继续微量添加稀土合金，精细化调整直至符合要求。

10.根据权利要求3所述的稀土铝合金材料的成分控制工艺，其特征在于，步骤6)中稀土铝合金材料的稀土合金含量要求为0.155~0.250wt%，试样D5的取样要求：熔体搅拌均匀，熔体取样位置实验炉铝液面中间位置，试样D5取样温度≥730℃；试样D5送至检验室，通过光谱分析仪检测试样D5内稀土合金含量是否符合要求，如不符合要求，继续添加稀土合金，调整稀土合金含量直至符合要求，稀土合金中Ce和La的质量比为Ce：La≈2：1；

浇铸过程中，熔体温度＜740℃；

浇铸过程中取样：稀土铝合金材料锭断面1块，圆样1个，拉棒5根，K模5小块。

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