CN115433859A - 一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法 - Google Patents

一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，通过限定变形铝合金中元素组成和含量，配合电弧增材制造技术及控制添加变质金属的添加工艺顺序，来改善铝合金的综合性能，通过控制添加元素的成分比：Ce与Fe的质量之比为0.2‑0.3；Mn与Fe的质量之比为0.4‑0.5；V与Fe的质量之比为(0.1‑0.45):(0.25‑0.6)；以百分比计，V≥Ce+Mn，Ce与Mn的质量之和小于等于V的质量；协同改善变形铝合金的Fe相，细化α‑Al晶粒尺寸，提高铝合金的抗热裂性能；利用电弧增材制造制备无热裂纹的变形铝合金，改善变形铝合金的导热率、延伸率。

Description

一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体是一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法。
背景技术
铝合金按加工方法分类，一般分为形变铝合金和变形铝合金两大类；7xxx系铝合金，又称Al-Zn-Mg-Cu铝合金，是超硬高强度变形铝合金，具有抗拉强度高、抗冲击性优良、低密度、易加工等特点，在加工零件中被广泛应用。随着加工零件在向性能与功能一体化方向发展，现有的一般铸造或锻造的方式工序繁杂、加工周期长、材料利用率低，不能满足市场要求，且7xxx系铝合金具有较高的热导率和较宽的凝固区间，在快速熔凝过程中易形成裂纹，常规的优化工艺参数无法消除热裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，以解决现有技术中的问题。
一种基于稀土合金的变形铝合金，其特征在于，按照质量百分比计，铝合金组分为：Si 0.2-0.5％、Fe 0.2-0.5％、Cu 1.5-2.2％、Mn 0.08-0.25％、Mg 2.5-2.8％、Zn 5.5-6％、V0.15-0.4％、Cr 0.2-0.24％、Ti 0.1-0.3％、Ce 0.04-0.15％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al。
进一步的，Ce与Fe的质量之比为0.2-0.3；
进一步的，Mn与Fe的质量之比为0.4-0.5；
进一步的，V与Fe的质量之比为(0.1-0.45):(0.25-0.6)；
进一步的，以百分比计，V≥Ce+Mn，Ce与Mn的质量之和小于等于V的质量；
本发明中制备的变形铝合金中α-Al、铁相、共晶硅相的形貌尺寸、其流动性和热裂性能会影响铝合金的性能；控制变形铝合金中各元素含量及成分，在成分上显著区别于传统铝合金；
Ce元素对于变形铝合金中的β-Fe相有断裂作用，本发明中通过引入铈来改善Fe相，当Ce与Fe的质量之比为0.2-0.3时，会降低Fe相的平均长度至10μm以下，当Ce与Fe的质量之比为0.35及以上时，会出现了块状的Al-Ce化合物，因此需要控制引入铈的含量，但是仅引入铈无法将β-Fe相转变为α-Fe相，起到恶化铝合金的作用，会大幅降低变形铝合金的导热率；
可以进一步通过调控Mn与铁含量，使合金中的长针状β-Al5FeSi相变为汉字状α-Al15(FeMn)3Si2相，来改善Fe相，降低长针状Fe相对基体铝合金的割裂效果，当Mn与Fe的质量之比为0.45时，会使合金的强度较高提升，大幅改善屈服强度和抗拉强度；但同时也会降低铝合金的导热率，为了提高铝合金的导热率，改善综合性能，本发明中引入V元素。
随着V元素的增加，会逐渐补偿Ce元素、Mn元素对变形铝合金的导热率的影响，且会改变变形铝合金中Fe相的形状，当V≥Ce+Mn，会大幅提升变形铝合金的导热率，且会细化Fe相成颗粒状，改善添加的Ce元素、Mn元素产生的负面影响。
进一步的，一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至715-720℃加入六氯乙烷保温30-35min，然后升温至725-735℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温6-8min；
S3：升温至735-740℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温6-8min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温6-8min；待熔体温度降温至678-688℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
通过电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件，放入电磁感应熔炼炉中熔化后加入六氯乙烷对熔体进行精炼，提高铝合金件的纯净度，然后通过控制添加的变质金属的添加顺序，进行变质处理，来进一步调控变形铝合金的综合性能，通过调整温度及变质金属加入的量，来改善铝合金在常规铸造过程中存在的问题，显著提高变形铝合金热稳定性及耐疲劳性；
S4：将铝合金成型件加热至455-460℃保温4h，再升温至515-520℃保温8-9h，用水雾降温至18-25℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；
现有方法中多使用快速冷却来进行退火，会导致变形铝合金中Mn元素来不及沉淀、析出，导致晶界附近含Mn、Fe量较晶粒内部高，生成(Mn,Fe)A16金属间化合物，本发明中将变形铝合金均匀化退火，使Mn、Fe原子充分扩散，且本发明中通过电弧熔丝增材制造技术中制备的变形铝合金中残留的少量β相会固溶到α-Al中，达到消除晶内偏析的效果；因此本发明将加热至455-460℃保温4h，再升温至515-520℃保温8-9h，用水雾降温至18-25℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材，有效改变铝合金在铸轧非平衡结晶条件下产生的晶内偏析，提高铝合金性能的均匀稳定性，改善铝合金的延展性、折弯性；
S5：将铝合金板材进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
进一步的，步骤S1中电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min。
进一步的，步骤S1中电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min。
进一步的，步骤S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为5-8m/s。
进一步的，步骤S4中挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1。
进一步的，间断时效处理为在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h。
现有7xxx系铝合金具有较高的热导率和较宽的凝固区间，在快速熔/凝过程中极易形成裂纹，且常规的优化工艺参数无法消除热裂纹，因此本发明中采用电弧增材制造制备变形铝合金；
电弧增材制造过程中，液态熔池的凝固属于非平衡凝固；其中，熔点较高的α–Al相最先凝固，使得凝固界面附近的Zn、Mg和Cu等溶质富集，产生元素偏析，并形成非平衡共晶组织，固溶协同三级间断时效处理过程中共晶组织发生溶解，扩散进入Al基体，网状共晶组织变成了细小的颗粒状，明显减小共晶硅晶粒的尺寸；但是Al基体中会残留少量的Fe相；对变形铝合金进行固溶处理，Zn、Mg、Cu合金元素均匀地融入Al基体，在淬火过程中快速冷却，形成过饱和固溶体，会提高铝合金的析出强化，使铝合金内部的元素趋于均匀化，大幅降低元素偏析。
本发明的有益效果：
本发明提供一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，通过限定变形铝合金中元素组成和含量，配合电弧增材制造技术来改善铝合金的综合性能，按照质量百分比计，铝合金组分为：Si 0.2-0.5％、Fe 0.2-0.5％、Cu 1.5-2.2％、Mn 0.08-0.25％、Mg 2.5-2.8％、Zn5.5-6％、V 0.15-0.4％、Cr 0.2-0.24％、Ti 0.1-0.3％、Ce 0.04-0.15％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.2-0.3；Mn与Fe的质量之比为0.4-0.5；V与Fe的质量之比为(0.1-0.45):(0.25-0.6)；以百分比计，V≥Ce+Mn，Ce与Mn的质量之和小于等于V的质量；
Ce、Mn、V协同改善变形铝合金的Fe相，细化α-Al晶粒尺寸，提高铝合金的抗热裂性能；在实施例中，将实施例2与对比例3、4、8的抗拉强度、延伸率的数据进行对比，可以发现Ce、Mn、V对铁相的协同改善作用，在改善铝合金的综合性能上，各组分缺一不可；
在工艺上，利用电弧增材制造技术及控制变质金属的添加顺序，制备无热裂纹的变形铝合金，降低铝合金元素在α-Al中的固溶度，使铝合金中元素析出，从而降低由固溶体引发的晶格畸变，使变形铝合金表面发生球化，防止发生现有的固溶时效处理中通常生成大量的过饱和固溶体，使晶格畸变程度变大；大幅改善变形铝合金的强度、屈服强度、抗拉强度；改善变形铝合金的导热率、延伸率。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至715℃加入六氯乙烷保温35min，然后升温至725℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温8min；
S3：升温至735℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温8min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温8min；待熔体温度降温至678℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；模具的预热温度为175℃，压射速度为5m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件的组分为：Si 0.2％、Fe 0.2％、Cu 1.5％、Mn0.08％、Mg 2.5％、Zn 5.5％、V 0.15％、Cr 0.2％、Ti 0.1％、Ce 0.04％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.2；Mn与Fe的质量之比为0.4；V与Fe的质量之比为0.15:0.2；
S4：将铝合金成型件加热至455℃保温4h，再升温至515℃保温9h，用水雾降温至18℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
实施例2
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
实施例3
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至720℃加入六氯乙烷保温30min，然后升温至735℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温6min；
S3：升温至740℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温6min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温6min；待熔体温度降温至688℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为8m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.5％、Fe 0.5％、Cu 2.2％、Mn0.25％、Mg 2.8％、Zn 6％、V 0.4％、Cr 0.24％、Ti 0.3％、Ce 0.15％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.3；Mn与Fe的质量之比为0.5；V与Fe的质量之比为0.4:0.5；
S4：将铝合金成型件加热至460℃保温4h，再升温至520℃保温8h，用水雾降温至25℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例1
以实施例2为对照组，Ce与Fe的质量之比为0.15，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.06％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例2
以实施例2为对照组，Ce与Fe的质量之比为0.35，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.14％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例3
以实施例2为对照组，没有添加Ce元素，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例4
以实施例2为对照组，Mn与Fe的质量之比为0.35，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.14％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例5
以实施例2为对照组，Mn与Fe的质量之比为0.55，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.22％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例6
以实施例2为对照组，V与Fe的质量之比为0.05:0.25，且V小于Ce、Mn的质量之和，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.08％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例7
以实施例2为对照组，V与Fe的质量之比为0.5:0.6，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.33％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例8
以实施例2为对照组，没有添加V元素，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S3：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；
S3中模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；
S4：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S5：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例9
以实施例2为对照组，没有使用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金成型件，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温7min；
S2：升温至738℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温7min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S3：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S4：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
对比例10
以实施例2为对照组，没有控制变质金属的添加顺序，其他工序正常；
一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min；
电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至718℃加入六氯乙烷保温32min，然后升温至730℃加入铈铝合金、锰铝合金、钒铝合金进行变质处理，保温7min；待熔体温度降温至685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铝合金成型件；模具的预热温度为175℃，压射速度为7m/s；
按照质量百分比计，铝合金成型件组分为：Si 0.3％、Fe 0.4％、Cu 1.8％、Mn0.18％、Mg 2.6％、Zn 5.4％、V 0.28％、Cr 0.22％、Ti 0.2％、Ce 0.1％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；Ce与Fe的质量之比为0.25；Mn与Fe的质量之比为0.45；V与Fe的质量之比为0.28:0.4；
S3：将铝合金成型件加热至458℃保温4h，再升温至518℃保温8.5h，用水雾降温至22℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1；
S4：将铝合金板材在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h，进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
性能测试：将实施例1-3、对比例1-10所制得的变形铝合金参考GB/T 228.1-2010进行抗拉强度、屈服强度、断后伸长率测试；参考ASTM E1461进行导热率测试，在25℃下测试；所得结果如表1所示；
抗拉强度(MPa) 断后伸长率 导热率W/(m·K)
实施例1 493.2 11.3％ 163.9
实施例2 502.1 12.8％ 168.7
实施例3 495.7 11.6％ 161.6
对比例1 442.3 8.2％ 141.2
对比例2 451.3 8.1％ 131.4
对比例3 442.3 8.2％ 122.5
对比例4 431.7 9.2％ 143.6
对比例5 443.1 9.1％ 142.7
对比例6 438.5 8.2％ 138.4
对比例7 441.2 8.1％ 137.2
对比例8 425.7 8.8％ 125.3
对比例9 401.3 7.4％ 112.7
对比例10 403.1 8.3％ 113.6
表1
实施例1-3是按照本发明的变质方法制备得到，将实施例2与对比例1-3对比可知，Ce元素对于变形铝合金中的β-Fe相有断裂作用，本发明中通过引入铈来改善Fe相，当Ce与Fe的质量之比为0.2-0.3时，会降低Fe相的平均长度至10μm以下，当Ce与Fe的质量之比为0.35及以上时，会出现了块状的Al-Ce化合物，因此需要控制引入铈的含量，但是仅引入铈无法将β-Fe相转变为α-Fe相，起到恶化铝合金的作用，会大幅降低变形铝合金的导热率。
将实施例2与对比例4-5对比可知，可以进一步通过调控Mn与铁含量，使合金中的长针状β-Al5FeSi相变为汉字状α-Al15(FeMn)3Si2相，来改善Fe相，降低长针状Fe相对基体铝合金的割裂效果，当Mn与Fe的质量之比为0.45时，会使合金的强度较高提升，大幅改善屈服强度和抗拉强度；但同时也会降低铝合金的导热率，为了提高铝合金的导热率，改善综合性能，本发明中引入V元素。
将实施例2与对比例6-8对比可知，随着V元素的增加，会逐渐补偿Ce元素、Mn元素对变形铝合金的导热率的影响，且会改变变形铝合金中Fe相的形状，当V≥Ce+Mn，会大幅提升变形铝合金的导热率，且会细化Fe相成颗粒状，改善添加的Ce元素、Mn元素产生的负面影响。
将实施例2与对比例1-8对比可知，Ce、Mn、V协同改善变形铝合金的Fe相，细化α-Al晶粒尺寸，提高铝合金的抗热裂性能；在实施例中，将实施例2与对比例3、4、8的抗拉强度、延伸率的数据进行对比，可以发现Ce、Mn、V对铁相的协同改善作用，在改善铝合金的综合性能上，各组分缺一不可。
将实施例2与对比例9对比可知，在工艺上，利用电弧增材制造制备无热裂纹的变形铝合金，大幅改善变形铝合金的屈服强度、抗拉强度；将实施例2与对比例10对比可知，在工艺上通过控制变质金属的添加顺序，来提高变形铝合金的导热率、延伸率。
以上所述仅为本发明的为实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于稀土合金的变形铝合金，其特征在于，按照质量百分比计，铝合金组分为：Si 0.2-0.5％、Fe 0.2-0.5％、Cu 1.5-2.2％、Mn 0.08-0.25％、Mg 2.5-2.8％、Zn 5.5-6％、V 0.15-0.4％、Cr 0.2-0.24％、Ti 0.1-0.3％、Ce 0.04-0.15％，不可避免杂质元素总量不超过0.1％，余量为Al；且在铝合金中钒的质量分数大于等于锰与铈的质量分数之和。
2.根据权利要求1所述的一种基于稀土合金的变形铝合金，其特征在于，Ce与Fe的质量之比为0.2-0.3。
3.根据权利要求1所述的一种基于稀土合金的变形铝合金，其特征在于，Mn与Fe的质量之比为0.4-0.5。
4.根据权利要求1所述的一种基于稀土合金的变形铝合金，其特征在于，V与Fe的质量之比为(0.1-0.45):(0.25-0.6)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取硅、铁、铜、镁、锌、钛、铬、铝合金丝，用电弧熔丝增材制造技术得到铝合金件；
S2：将步骤S1所得的铝合金件放入电磁感应熔炼炉中熔化，升温至715-720℃加入六氯乙烷保温30-35min，然后升温至725-735℃加入铈铝合金进行一次变质处理，保温6-8min；
S3：升温至735-740℃时加入锰铝合金进行二次变质处理，保温6-8min；加入钒铝合金进行三次变质处理，保温6-8min；待熔体温度降温至678-688℃，转移入冷室压铸机中进行压铸，得到铝合金成型件；
S4：将铝合金成型件加热至455-460℃保温4h，再升温至515-520℃保温8-9h，用水雾降温至18-25℃，然后升温至475℃，挤压成铝合金板材；
S5：将铝合金板材进行间断时效处理，得到一种基于稀土合金的变形铝合金。
6.根据权利要求5所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，步骤S1中电弧熔丝增材制造技术中电弧电流120A，扫描速度200mm/min，送丝速度1800mm/min。
7.根据权利要求5所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，步骤S1中电弧熔丝增材制造技术中真空电弧熔炼时所用保护气为氩气，气体流量为18L/min。
8.根据权利要求5所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，步骤S4中挤压速度为6mm/s，挤压比为11:1。
9.根据权利要求5所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，步骤S3中压铸模具的预热温度为175℃，压射速度为5-8m/s。
10.根据权利要求5所述的一种基于稀土合金的变形铝合金的变质方法，其特征在于，步骤S5中间断时效处理为在120℃、130℃、140℃三个温区各保温1.5h。
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