CN114182145A - 一种稀土强化型铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种稀土强化型铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种稀土强化型铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.2～8.0％、Mg1.6～2.2％、Cu1.6～2.4％、Ce0.05～0.1％、Sc0.06～0.2％、Zr0.03～0.15％，余量为Al；并控制Fe≤1.8％、Si≤0.05％。本申请还提供一种稀土强化型铝合金的制备方法。本申请提供的稀土强化型铝合金及其制备方法，导电率可以达到42.3％IACS(芯部)，同时抗拉强度可以达到539MPa，屈服强度可以达到473MPa，解决了铝合金导电率和强度难以兼顾的问题。

Description

一种稀土强化型铝合金及其制备方法
技术领域
本申请涉及合金技术领域，特别是涉及一种稀土强化型铝合金及其制备方法。
背景技术
在航空航天、国防军工、新能源、汽车等领域等高速发展背景下，新型高强高导铝合金的研究越来越受关注。
Al-Si-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系铝合金作为可强化热处理的合金，通过成分调控和制备工艺优化，有着向新型高强高导铝合金发展的巨大潜力。
然而，在成分调控方面，可热处理强化的铝合金往往元素含量高，晶界元素易偏析，铸锭中未溶共晶相多，以及铝合金的熔炼过程不可避免带来的Fe、Si，对铝合金性能有显著影响。另一方面，在铝合金热处理研究中，高导电率与高强度是一对不可避免的矛盾。如Al-Si-Mg系铝合金，有着较高导电率，虽然通过成分调控和热处理等手段，也难实现强度超过450MPa；Al-Zn-Mg-Cu系铝合金作为典型高强铝合金的代表，尽管通过热处理可以提升其导电率，然而导电率超过40％IACS的同时强度仍能保持在450MPa水平的合金较为少见。
因此，如何保障合金具有较高强度的同时仍具有一定的导电率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种稀土强化型铝合金；本发明的第二个目的为提供一种上述稀土强化型铝合金的制备方法；本申请提供的稀土强化型铝合金及其制备方法，加入了Zr、Sc，导电率可以达到42.3％IACS(芯部)，同时抗拉强度可以达到539MPa，屈服强度可以达到473MPa，解决了铝合金导电率和强度难以兼顾的问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种稀土强化型铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.2～8.0％、Mg1.6～2.2％、Cu1.6～2.4％、Ce0.05～0.1％、Sc0.06～0.2％、Zr0.03～0.15％，余量为Al；并控制Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
优选地，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％、Ce0.09％、Sc0.1％、Zr0.1％，余量为Al；并控制Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
一种上述任一项所述的稀土强化型铝合金的制备方法，包括以下步骤：
按照质量百分比称取原料；
原料熔炼得到合金溶液，浇注得到铝合金铸锭；
对铝合金铸锭进行均匀化处理；
对均匀化处理后的铝合金铸锭，按挤压比18～19进行挤压；
对挤压态铝合金进行固溶处理；
对固溶态铝合金进行时效处理。
优选地，原料熔炼具体为：将原料在750℃～800℃熔炼得到合金溶液，在720℃～750℃浇注得到铝合金铸锭。
优选地，对铝合金铸锭进行均匀化处理具体为：410±5℃保温6h，460±5℃保温26h。
优选地，对均匀化处理后的铝合金铸锭进行挤压具体为：挤压筒预热至温度达到430±5℃，挤压模具、铸锭在440±5℃预热3～5h。
优选地，挤压速率为0.2～0.3mm/s。
优选地，固溶处理具体为：在430～455℃保温2～3h，在460～480℃保温2～3h，保温结束后水淬。
优选地，时效处理具体为：在105～125℃保温22～28h，在170～190℃保温6～8h，保温结束后空冷。
铝合金的组分中，Zn、Mg为铝合金主要强化相的必要组成元素，Zn不少于7.2％，Mg不少于1.6％，可形成稳定的强化相MgZn2，Zn含量超过8％，不利于合金的断裂韧性，Mg含量过高则会影响合金的导电率。一定的Cu可改善合金腐蚀性和导电性，过多的Cu影响合金的韧性，综合考虑Cu的用量为1.6～2.4％。Ce主要分布在晶界上，与杂质作用形成稀土化合物，净化晶界，降低熔体中的气孔与夹杂，对合金的导电性和力学性能有利。生成的高熔点金属间化合物Al4Ce，充当异质核心，有效的提高形核率，细化晶粒，提高合金强塑性。
本申请提供的稀土强化型铝合金，不仅加入了上述物质，还加入了Zr、Sc，Zr、Sc联合作用生成的Al3(Sc，Zr)，细小弥散，起到钉扎强化的作用，能够有效阻止位错运动和亚晶界移动，具有较好的弥散强化和亚晶界强化效果，同时还能减小主要强化相尺寸，有效阻碍再结晶的发生。本申请还提供上述稀土强化型铝合金的制备方法，将合金元素按比例配料，然后经熔炼、均匀化处理、挤压、固溶处理和时效处理，即得。其中，均匀化处理步骤可以消除铝合金中成分与组织不均。本申请提供的制备方法，针对上述加入了Zr、Sc的稀土强化型铝合金修改了工艺参数，使得最后制备的铝合金，导电率可以达到42.3％IACS(芯部)，同时抗拉强度可以达到539MPa，屈服强度可以达到473MPa，解决了铝合金导电率和强度难以兼顾的问题。
本申请中，熔炼步骤可以在中频感应炉中进行。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种稀土强化型铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％，、Ce0.09％、Sc0.1％、Zr0.1％，余量为Al，熔炼时精炼控制杂质Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
制备方法如下：
配料：按照上述质量百分比配料；
熔炼：将配料置于中频感应炉进行熔炼，在751℃下制备合金溶液，在748℃下进行浇注得到铝合金铸锭，直径为260mm；
均匀化处理：将铝合金铸锭进行均匀化处理，消除成分与组织不均，均匀化处理工艺为410℃保温6h，460℃保温26h；
挤压：挤压成直径为60mm的棒料，挤压比为18.8，挤压筒预热温度为430℃，挤压模具、铸锭在440℃预热3h；挤压速率为0.2～0.3mm/s；
固溶：将挤压态铝合金在450℃保温2.5h，在465℃保温2.5h，保温结束后水淬；
时效：将固溶态铝合金在120℃保温22h，在180℃保温6h，保温结束后空冷。
实施例2
一种稀土强化型铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％，、Ce0.09％、Sc0.1％、Zr0.1％，余量为Al，熔炼时精炼控制杂质Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
制备方法如下：
配料：按照上述质量百分比配料；
熔炼：将配料置于中频感应炉进行熔炼，在751℃下制备合金溶液，在748℃下进行浇注得到铝合金铸锭，直径为260mm；
均匀化处理：将铝合金铸锭进行均匀化处理，消除成分与组织不均，均匀化处理工艺为410℃保温6h，460℃保温26h；
挤压：挤压成直径为60mm的棒料，挤压比为18.8，挤压筒预热温度为430℃，挤压模具、铸锭在440℃预热3h；挤压速率为0.2～0.3mm/s；
固溶：将挤压态铝合金在450℃保温3h，在465℃保温3h，保温结束后水淬；
时效：将固溶态铝合金在120℃保温24h，在180℃保温8h，保温结束后空冷。
对比例1
铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％，、Ce0.09％、Sc0.1％、Zr0.1％，余量为Al，熔炼时精炼控制杂质Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
制备方法如下：
配料：按照上述质量百分比配料；
熔炼：将配料置于中频感应炉进行熔炼，在溶液温度达到760℃时进行浇铸铸锭；
均匀化处理：将铝合金铸锭进行均匀化热处理和快速冷却处理，将铸锭置于均匀化炉中，在420℃下保温8h；均匀化处理后出炉进行快速冷却处理，冷却速度控制在160℃以上；
挤压：在460℃的高温下进行挤压处理；
固溶：将挤压态铝合金进行淬火处理，在150℃下时效6h后空冷，得到稀土改性铝合金材料。
对比例2
一种无稀土铝合金，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％，余量为Al，熔炼时精炼控制杂质Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
制备方法如下：
配料：按照上述质量百分比配料；
熔炼：将配料置于中频感应炉进行熔炼，在751℃下制备合金溶液，在748℃下进行浇注得到铝合金铸锭，直径为260mm；
均匀化处理：将铝合金铸锭进行均匀化处理，消除成分与组织不均，均匀化处理工艺为410℃保温6h，460℃保温26h；
挤压：挤压成直径为60mm的棒料，挤压比为18.8，挤压筒预热温度为430℃，挤压模具、铸锭在440℃预热3h；挤压速率为0.2～0.3mm/s；
固溶：将挤压态铝合金在450℃保温3h，在465℃保温3h，保温结束后水淬；
时效：将固溶态铝合金在120℃保温24h，在180℃保温8h，保温结束后空冷。
对实施例1-2和对比例1获得的铝合金材料取芯部和边缘测得导电率与力学性能，如下表所示：
Figure BDA0003418046060000061
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种稀土强化型铝合金，其特征在于，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.2～8.0％、Mg1.6～2.2％、Cu1.6～2.4％、Ce0.05～0.1％、Sc0.06～0.2％、Zr0.03～0.15％，余量为Al；并控制Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
2.根据权利要求1所述的稀土强化型铝合金，其特征在于，由以下质量百分比的合金元素组成：Zn7.68％、Mg2.09％、Cu2.31％、Ce0.09％、Sc0.1％、Zr0.1％，余量为Al；并控制Fe≤1.8％、Si≤0.05％。
3.一种权利要求1-2中任一项所述的稀土强化型铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照质量百分比称取原料；
原料熔炼得到合金溶液，浇注得到铝合金铸锭；
对铝合金铸锭进行均匀化处理；
对均匀化处理后的铝合金铸锭，按挤压比18～19进行挤压；
对挤压态铝合金进行固溶处理；
对固溶态铝合金进行时效处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，原料熔炼具体为：将原料在750℃～800℃熔炼得到合金溶液，在720℃～750℃浇注得到铝合金铸锭。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对铝合金铸锭进行均匀化处理具体为：410±5℃保温6h，460±5℃保温26h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对均匀化处理后的铝合金铸锭进行挤压具体为：挤压筒预热至温度达到430±5℃，挤压模具、铸锭在440±5℃预热3～5h。
7.根据权利要求3或6中任一项所述的制备方法，其特征在于，挤压速率为0.2～0.3mm/s。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，固溶处理具体为：在430～455℃保温2～3h，在460～480℃保温2～3h，保温结束后水淬。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，时效处理具体为：在105～125℃保温22～28h，在170～190℃保温6～8h，保温结束后空冷。
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