CN115433860B - 一种高性能耐热挤压稀土铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能耐热挤压稀土铝合金及其制备方法，属于变形铝合金制造领域，包括如下质量百分比的物质组成：5.0‑7.0％的Zn，2.0‑3.0％的Mg，1.0‑2.0％的Sn，0.2‑0.5％的Mn，0.1‑0.5％的Er，0.2‑0.5％的Zr和0.1‑0.2％的Sb，余量为Al和不可避免杂质。高性能耐热挤压稀土铝合金在常温与高温下具有良好的力学性能。本发明还提供了一种Al‑Zn‑Mg‑Sn‑Mn系铝合金及加工方法的制备方法，经过铝合金铸锭、均匀化处理、车削、热挤压制备而成。本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金，成本低，合金成分简单，生产工艺易于控制，降低了制备的难度；所得铝合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，具有较高的力学性能，具有较高的性价比。

Description

一种高性能耐热挤压稀土铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制造领域，具体地说是一种高性能耐热挤压稀土铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金是轻质金属结构材料，其拥有很高的比强度及比刚度。另外，铝合金还具有良好的阻尼减震性、机械加工性、尺寸稳定性和易回收等特点，使其被广泛运用于3C产业、汽车制造和航空航天配件等方面。常规铝合金的价格虽然相对便宜，但高温性能较差，限制其运用于耐热零部件，在常规铝合金中添加稀土元素可以提高铝合金高温性能。
本发明在Al-Zn-Mg合金的基础上引入稀土元素Er，其在Al中的固溶度大，并且Er与Al结合形成Al3Er相，从而抑制了AlZnMg相的生成，提高耐热铝合金在高温下的力学性能，制备成本比较低。本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金在高温下具有较好的力学性能，在150℃时的抗拉强度为537MPa-551MPa，屈服强度为401MPa-413MPa，延伸率为10％-14.5％；在200℃时的抗拉强度为512MPa-525MPa，屈服强度390MPa-403MPa，延伸率为12％-16％。本发明还提供了一种铝合金的制备方法，包括料预热，熔炼，合金化，精炼等步骤得到纯净且均匀化的铝合金液，最后浇铸得到高性能耐热挤压稀土铝合金，本制备方法得到的产品更纯净均匀，品质高。
发明内容
本发明提供一种高性能耐热挤压稀土铝合金及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高性能耐热挤压稀土铝合金，包括如下质量百分比的物质组成：5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，1.0-2.0％的Sn，0.2-0.5％的Mn，0.1-0.5％的Er，0.2-0.5％的Zr和0.1-0.2％的Sb，余量为Al和不可避免杂质。
如上所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的杂质为Fe。
如上所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的杂质质量小于总质量的0.03％。
一种高性能耐热挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-Zn中间合金、Al-Sn中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Er中间合金和、Al-Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为220-300℃，预热时间为0.5-3.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740-760℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780-800℃，加入Al-Zn中间合金、Al-Sn中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Er中间合金和、Al-Zr中间合金和纯Sb，保温25-35min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720-750℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温12-24h，保温温度为470-490℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为430℃-470℃，挤压速度为0.5mm/s-1.5mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效160-180℃，保温6-12h。
如上所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述的铝、镁、锌的纯度为99.9％以上，所述的和Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金纯度为99.5％以上。
如上所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，采用半连续铸造方式铸造铸锭
如上所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤四中，所述预热是将车削后的铸锭在200℃-240℃的环境下预热2h-2.5h，挤压比为8-22:1。
本发明的优点是：
按照本发明的原料配比以及控制生产工艺参数得到的高性能耐热挤压稀土铝合金，在常温与高温下较7075合金具有更好的力学性能。在常温20℃下，本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金抗拉强度较7075提高8.3％，屈服强度提高7.3％，延伸率提高4％；在150℃下，本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金抗拉强度比7075提高9.5％，屈服强度提高11.6％，延伸率提高1.7％。
本发明技术方案中使用了独有的稀土元素Er，目前市场上拥有大量的Er资源堆积，若能产业化运用本发明中的高性能耐热挤压稀土铝合金，可以解决许多企业稀土Er资源堆积浪费的问题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为对比例1合金样品的金相显微组织图；
图2为实例2合金样品的金相显微组织图；
图3为实例3合金样品的金相显微组织图；
图4为实例4合金样品的金相显微组织图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
对比例1
本实施例中的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：5.0％的Zn，2.0％的Mg，1.0％的Sn，0.2％的Mn，0.1％的Er，0.2％的Zr和0.1％的Sb，余量为Al和不可避免杂质；
其制备方法，步骤如下：
将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为250℃，预热时间为1.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780℃，加入Al20-Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金和纯Sb，保温30min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温24h，保温温度为470℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为450℃，挤压速度为0.5mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效160℃，保温12h。
实施例2
本实施例中的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：5.5％的Zn，2.5％的Mg，1.5％的Sn，0.35％的Mn，0.3％的Er，0.3％的Zr和0.1％的Sb，余量为Al和不可避免杂质；
其制备方法，步骤如下：
将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-20Zn中间合金、Al-S25n中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为250℃，预热时间为1.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780℃，加入Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金和纯Sb，保温30min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温24h，保温温度为470℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为450℃，挤压速度为1.0mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效180℃，保温8h。
实施例3
本实施例中的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：6.5％的Zn，3.0％的Mg，2.0％的Sn，0.5％的Mn，0.5％的Er，0.5％的Zr和0.2％的Sb，余量为Al和不可避免杂质；
其制备方法，步骤如下：
将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-20Zn中间合金、Al-S25n中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为250℃，预热时间为1.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780℃，加入Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金和纯Sb，保温30min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温16h，保温温度为480℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为450℃，挤压速度为1.0mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效180℃，保温6h。
实施例4
本实施例中的一种高性能耐热挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：7.0％的Zn，3.0％的Mg，2.0％的Sn，0.5％的Mn，0.5％的Er，0.5％的Zr和0.2％的Sb，余量为Al和不可避免杂质；
其制备方法，步骤如下：
将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-20Zn中间合金、Al-S25n中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为250℃，预热时间为1.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780℃，加入Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金和、Al-25Zr中间合金和纯Sb，保温30min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温16h，保温温度为480℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为460℃，挤压速度为1.5mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效170℃，保温8h。
按照GB/T128-2010《金属材料室温拉伸实验方法》的标准和GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》的标准，测试本发明对比例1及实施例2、3、4得到的高性能耐热挤压稀土铝合金在20℃、150℃、200℃下的力学性能，测试结果如表1所示。
表1铝合金的力学性能
合金 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3
20℃抗拉强度/MPa 616 621 629 635
20℃屈服强度/MPa 521 515 535 534
20℃延伸率/％ 9.8 9.3 9.8 9.2
150℃抗拉强度/MPa 592 593 609 612
150℃屈服强度/MPa 508 521 522 508
150℃延伸率/％ 10.8 11.2 11.8 12.1
200℃抗拉强度/MPa 569 571 579 592
200℃屈服强度/MPa 468 482 492 499
200℃延伸率/％ 11.6 12.5 13.6 13.1
由以上对比例与实施例可看出，本发明提供的高性能耐热挤压稀土铝合金具有良好的常温及高温拉伸性能。本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金在常温与高温下较7075具有更好的力学性能，在常温与高温下较7075合金具有更好的力学性能。在常温20℃下，本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金抗拉强度较7075提高8.3％，屈服强度提高7.3％，延伸率提高4％；在150℃下，本发明的高性能耐热挤压稀土铝合金抗拉强度比7075提高9.5％，屈服强度提高11.6％，延伸率提高1.7％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：包括如下质量百分比的物质组成：5.0-7.0％的Zn，2.0-3.0％的Mg，1.0-2.0％的Sn，0.2-0.5％的Mn，0.1-0.5％的Er，0.2-0.5％的Zr和0.1-0.2％的Sb，余量为Al和不可避免杂质，所述的杂质为Fe，所述的杂质质量小于总质量的0.03％，所述高性能耐热挤压稀土铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将原料纯Al、纯Mg、纯Sb和Al-Zn中间合金、Al-Sn中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Er中间合金和、Al-Zr中间合金预热，所述预热中，预热温度为220-300℃，预热时间为0.5-3.0h；合金熔炼时，将烘干的纯铝和纯镁放入坩埚中，升温至740-760℃进行熔化；待坩埚中原料熔化完毕后，然后扒去反应产物，并调整温度至780-800℃，加入Al-Zn中间合金、Al-Sn中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Er中间合金和、Al-Zr中间合金和纯Sb，保温25-35min后进行精炼，精炼完毕后进行静置；熔体静置后调整温度至720-750℃，并将熔体浇铸得到铸锭；合金成分满足上述质量百分比的要求；
步骤二：将经步骤一处理后所得铸态合金保温12-24h，保温温度为470-490℃，然后空冷；
步骤三：去除步骤二所得铝合金铸锭将均匀化后的铸锭车削氧化皮，加工成指定尺寸Ф410mm；
步骤四：将步骤三中所得铸锭预热后进行热挤压，挤压温度为430℃-470℃，挤压速度为0.5mm/s-1.5mm/s，得到铝合金型材；
步骤五：对步骤四中所得型材进行人工时效160-180℃，保温6-12h。
2.根据权利要求1所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的Al-Zn中间合金、Al-Sn中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Er中间合金、Al-Zr中间合金分别为Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金、Al-25Zr中间合金，所述的Al-20Zn中间合金、Al-25Sn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Er中间合金、Al-25Zr中间合金纯度为99.5％以上。
3.根据权利要求1所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：所述步骤一中，采用半连续铸造方式铸造铸锭。
4.根据权利要求1所述的一种高性能耐热挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的步骤四中，所述预热是将车削后的铸锭在200℃-240℃的环境下预热2h-2.5h，挤压比为8-22:1。
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