專利名稱：一種稀土鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種稀土鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸、結(jié)構(gòu)工程等行業(yè)對高性能、復(fù)雜斷面的鋁合金型材的需求日益增加。此類工業(yè)用型材大多為能在擠壓后實(shí)現(xiàn)在線淬火的6000系鋁合金，其中6082鋁合金應(yīng)用較為廣泛，它是能夠熱處理強(qiáng)化的鋁合金板材，具有中等強(qiáng)度和良好的焊接性能、耐腐蝕性，主要用于交通運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)工程工業(yè)。6082鋁合金是一種Al-Mg-Si系合金，其化學(xué)成分包括0. 7 1. 3wt%的Si ;小于等于O. 5wt%的Fe ;小于等于O. 10wt%的Cu ；0. 4 1. 0wt%的Mn ；0. 6 1. 2wt%的Mg ;小于等于 O. 25wt%的Cr ;小于等于O. 20wt%的Zn ;小于等于O. 10wt%的Ti和余量的鋁。6082鋁合金中能夠形成的主要強(qiáng)化相為Mg2Si,合金中的Si除了形成Mg2Si相外，還有部分Si剩余，過剩的Si有利于合金強(qiáng)化。合金中的Mn或Cr能夠促進(jìn)晶內(nèi)金屬間化合物的形成，這種化合物能提高材料的抗沖擊強(qiáng)度。Mn或Cr能減少過剩Si對塑性的不利影響,也能提高合金的抗蝕性。合金中添加的Cu，能提高時(shí)效強(qiáng)化效果，但會降低塑性和抗蝕性。合金中少量的Fe和Zn對鋁合金的強(qiáng)度影響不大，但Fe會降低合金的耐蝕性?，F(xiàn)有6082鋁合金型材的室溫力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度> 310MPa，延伸率> 10%，但是其作為型材的加工性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種力學(xué)性能較高的稀土鋁合金及稀土鋁合金型材的制備方法，并且本發(fā)明提供的稀土鋁合金型材具有較好的加工性能。有鑒于此，本發(fā)明提供了一種稀土鋁合金，包括Si O. 7wt% 1. 3wt% ；Mn O. 4wt% 1. 0wt% ；Mg O. 6wt%l. 2wt% ；RE 0. lwt%^0. 2wt% ；Fe 大于零且小于等于0. 5wt% ；Cr 大于零且小于等于O. 25wt% ；Zn 大于零且小于等于O. 2wt% ；Ti 大于零且小于等于O. lwt% ;Cu 大于零且小于等于O. lwt% ;余量的鋁。優(yōu)選的，所述RE為鑭、鈰和釔中的一種或多種。優(yōu)選的，所述Mn的含量為O. 6wt% O. 8wt%。優(yōu)選的，所述Fe的含量為O. 35 O. 48wt%。優(yōu)選的，所述Ti的含量為O. 03 O. 08wt%。
優(yōu)選的，所述Cu的含量為O. 03 O. 08wt%。優(yōu)選的，所述RE的含量為O. 12 O. 18wt%。本發(fā)明還提供了一種稀土鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟鑄造如下成分的稀土鋁合金鑄錠0. 7wt% l. 3wt%的Si，O. 4wt% l. 0wt%的Mn，O. 6wt°/Tl· 2wt%的Mg，0. lwt% 0· 2wt%的RE，大于零且小于等于O. 5wt%的Fe，大于零且小于等于O. 25wt%的Cr,大于零且小于等于O. 2wt%的Zn,大于零且小于等于O. lwt%的Ti,大于零且小于等于O. lwt%Cu，余量的鋁；將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行均質(zhì)處理；將均質(zhì)處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行擠壓，得到稀土鋁合金型材。
優(yōu)選的，所述均質(zhì)處理的溫度為50(T550°C，時(shí)間為8 10h。優(yōu)選的，得到稀土鋁合金型材后還包括將所述稀土鋁合金型材進(jìn)行時(shí)效處理，所述時(shí)效處理的溫度為17(T200°C，時(shí)間為8 10h。本發(fā)明提供了一種稀土招合金，包括0. 7 1. 3wt%的Si, O. 4 1. 0wt%的Mn,O. 6 1. 2wt%的Mg, O.1 O. 2wt%的RE，大于零且小于等于O. 5wt%的Fe，大于零且小于等于O. 25wt%的Cr，大于零且小于等于O. 2wt%的Zn，大于零且小于等于O. lwt%的Ti，大于零且小于等于O. lwt%Cu，余量的鋁。本發(fā)明在稀土鋁合金中加入了微量的稀土元素，由于稀土元素非常活潑，其與氫等氣體和許多非金屬具有較強(qiáng)的親和力，能生成熔點(diǎn)較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時(shí)，稀土元素化學(xué)活性極強(qiáng)，其能夠在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，使晶粒細(xì)化，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改善其加工性能。稀土鋁合金鑄錠在擠壓過程中，擠壓速度明顯提高，就相同的棒材而言，擠壓時(shí)間由原來的IOmin縮減到3min ;經(jīng)力學(xué)性能測試后，鋁合金的抗拉強(qiáng)度為33(T350MPa，延伸率為13%"I5%ο
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種稀土鋁合金，包括Si O. 7 1. 3wt% ；Mn O. 4 1. 0wt% ；Mg O. 6 1. 2wt% ；RE O. Γθ. 2wt% ；Fe大于零且小于等于O. 5wt% ；Cr大于零且小于等于O. 25wt% ；Zn大于零且小于等于O. 2wt% ；Ti大于零且小于等于O. lwt% ；Cu大于零且小于等于O. lwt% ；余量的鋁。
本發(fā)明在6082鋁合金中加入了微量的稀土元素，稀土元素由于在鋁中的固溶度相當(dāng)小，其固溶強(qiáng)化物時(shí)效析出強(qiáng)化作用不明顯，因此其在鋁合金中的應(yīng)用，主要是對合金液的凈化、除氣、除雜及變質(zhì)彌散強(qiáng)化作用。由于稀土元素非?；顫姡瑯O易與氣體(如氫)、非金屬(如硫)及金屬作用，生成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物；且稀土元素的原子半徑大于常見的金屬如鉛、鎂等，在這些金屬中的固溶度極低，幾乎不能形成固溶體。稀土元素加入到鋁合金中可起到微合金化的作用；此外，它與氫等氣體和許多非金屬有較強(qiáng)的親和力，能生成熔點(diǎn)高的化合物，故它有一定的除氫、精煉和凈化的作用；同時(shí)，稀土元素化學(xué)活性極強(qiáng)，可以在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，從而導(dǎo)致晶粒細(xì)化，有變質(zhì)的作用，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改善其加工性能。所述RE的含量為O. Γ0. 2wt%,優(yōu)選為O. 12wt%^0. 18wt%，本發(fā)明所加入的稀土元素，優(yōu)選為鑭(La)、鈰(Ce)和釔(Y)中的一種或多種。稀土鋁合金中的錳元素能夠促進(jìn)晶內(nèi)金屬間化合物的形成，而該化合物能提高材料的抗沖擊強(qiáng)度；錳還能減少過剩硅元素對塑性的不利影響，提高合金的抗蝕性。所述Mn的含量為O. 4 1. 0wt%，優(yōu)選為O. 6 O. 8wt%。 稀土鋁合金中的硅元素與鎂形成強(qiáng)化相Mg2Si,且還有過剩的Si，過剩的Si有利于合金強(qiáng)化。則所述硅的含量為O. 7 1. 3wt%，優(yōu)選為O. 9 1. 0wt%。按照本發(fā)明，所述稀土鋁合金中還添加了鐵元素、鉻元素、鎂元素、鋅元素和鈦元素，所述Fe的含量大于零且小于等于O. 5wt%，優(yōu)選為O. 35 O. 48wt%，更優(yōu)選為O. 45wt%。所述鉻的含量大于零且小于等于O. 25wt%，優(yōu)選為O. 15wt9TO. 20wt%。所述鎂的含量為O. 6 1. 2wt%，優(yōu)選為O. 8 1. 0wt%。所述鋅的含量大于零且小于等于O. 2wt%，優(yōu)選為O. 18 O. 10wt%,更優(yōu)選為O. 15wt%。所述鈦的含量大于零且小于等于O. lwt%，優(yōu)選為O. 03、. 08wt%o鋁合金中的銅元素能夠提高時(shí)效強(qiáng)化效果，但會隨合金的塑性和抗蝕性產(chǎn)生影響，所述Cu的含量為大于零且小于等于O. lwt%，優(yōu)選為O. 03 0. 08wt%。本發(fā)明還提供了一種稀土鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟鑄造如下成分的稀土鋁合金鑄錠0. 7 1. 3wt%的Si，O. 4 1. 0wt%的Mn，O. 6 1. 2wt%的Mg, O. Γ0. 2wt%的RE,小于等于O. 5wt%的Fe,小于等于O. 25wt%的C，小于等于O. 2wt%的Zn,小于等于O. lwt%的Ti,小于等于O. lwt%Cu,余量的招；將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行均質(zhì)處理；將均質(zhì)處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行擠壓，得到稀土鋁合金型材。按照本發(fā)明，首先按照稀土鋁合金中的成分及含量進(jìn)行備料，鑄造稀土鋁合金鑄錠，由于稀土與Al的熔點(diǎn)、密度相差較大，為防止熔煉時(shí)稀土沉淀在合金底部，造成成分偏析，需要先制備出稀土鋁中間合金。在熔煉鋁合金時(shí)，稀土以稀土鋁中間合金的形式加入熔體。作為優(yōu)選方案，所述稀土鋁合金鑄錠的制備過程具體為先在熔爐中加入鋁錠，力口熱融化后再加入硅、鐵、錳、鉻、鎂、鋅、鈦和銅，完全熔化后750°C下精煉lh，在70(T9(KrC下靜置保溫，得到鋁合金熔體；然后采用氮?dú)鈱辖鹑垠w進(jìn)行第一次除氣扒雜，將稀土鋁中間合金加入熔爐中，直至完全熔化，再進(jìn)行二次除氣扒雜，最后靜置30min，即得到鋁合金鑄錠。稀土鋁合金鑄錠制備完成后，將稀土鋁合金鑄錠風(fēng)冷后，進(jìn)行均質(zhì)處理，所述均質(zhì)處理能夠使稀土鋁合金鑄錠內(nèi)部組織均勻，所述均質(zhì)處理的溫度優(yōu)選為50(T55(TC，時(shí)間優(yōu)選為8 10h。然后將均質(zhì)處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行擠壓，本發(fā)明優(yōu)選將稀土鋁合金鑄錠在6000噸擠壓機(jī)上擠壓成型材。為了使稀土鋁合金型材內(nèi)部組織更加均勻，消除鍛造及擠壓過程中的內(nèi)應(yīng)力，本發(fā)明優(yōu)選對所述型材進(jìn)行時(shí)效處理，所述時(shí)效處理的溫度優(yōu)選為170^200 V，所述時(shí)效處理的時(shí)間優(yōu)選為8 IOh。在原有6082鋁合金中添加稀土元素后，在擠壓過程中發(fā)現(xiàn)型材擠壓速度有明顯的提高，一根相同長度棒材的擠壓時(shí)間由原來的IOmin縮減到3min，速度提高3倍以上，從而大幅地降低了能源消耗，提高了工作效率。擠壓型材的表面形貌比原來的光潔很多，沒有細(xì)微的劃痕，提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。經(jīng)力學(xué)性能測試后，抗拉強(qiáng)度為330MPa 350MPa，延伸率達(dá)到13 15%。從力學(xué)性能上看，加入稀土元素后，抗拉強(qiáng)度提高約10%，延伸率有較大幅度的提聞。本發(fā)明提供了一種稀土招合金，包括0. 7 1. 3wt%的Si, O. 4 1. 0wt%的Mn,O. 6 1. 2wt%的Mg, O.1 O. 2wt%的RE，大于零且小于等于O. 5wt%的Fe，大于零且小于等于 O. 25wt%的Cr，大于零且小于等于O. 2wt%的Zn，大于零且小于等于O. lwt%的Ti，大于零且小于等于O. lwt%Cu，余量的鋁。本發(fā)明在稀土鋁合金中加入了微量了稀土元素，由于稀土元素非常活潑，其與氫等氣體和許多非金屬有較強(qiáng)的親和力，能生成熔點(diǎn)較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時(shí)，稀土元素化學(xué)活性極強(qiáng)，它可以在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，使晶粒細(xì)化，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改善其加工性能。鋁合金鑄錠在擠壓過程中，擠壓速度明顯提高，就相同的棒材而言，擠壓時(shí)間由原來的IOmin縮減到3min ;經(jīng)力學(xué)性能測試后，鋁合金型材的抗拉強(qiáng)度為33(T350MPa，延伸率為13%"I5%ο為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的稀土鋁合金及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。實(shí)施例1步驟一按照稀土鋁合金的成分進(jìn)行備料，以一噸6082鋁合金計(jì)，包括7kg的Si，
4.5kg 的 Fe, IOkg 的 Mn, 2.1kg 的 Cr, IOkg 的 Mg,1. 5kg 的 Zn, O. 8kg 的 Ti, O. 8kg 的 Cu。步驟二 先往熔爐中加入鋁錠，加熱使之完全熔化，按配方比例加入步驟一的備料，并使之完全熔化，750°C下精煉I小時(shí)，精煉后在700°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮?dú)鈱辖鹑垠w進(jìn)行第一次除氣扒雜，持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢后，將含2kg稀土的稀土鋁中間合金加入熔爐，直至完全熔化，再進(jìn)行二次除氣扒雜過程，最后靜置30min，出爐。步驟四將步驟三得到的鑄錠風(fēng)冷后，在550±5°C下均質(zhì)處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機(jī)上擠壓成型材，然后在175±5°C下時(shí)效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進(jìn)行力學(xué)性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強(qiáng)度為350MPa，延伸率達(dá)到13%。實(shí)施例2 步驟一按照稀土鋁合金的成分進(jìn)行備料，以一噸6082鋁合金計(jì)，包括IOkg的Si, 4. 5kg 的 Fe, 8kg 的 Mn, 2kg 的 Cr, 12kg 的 Mg,1. 5kg 的 Zn, O. 8kg 的 Ti, O. 8kg 的 Cu。
步驟二 先往熔爐中加入鋁錠，加熱使之完全融化，按配方比例加入步驟一的備料，并使之完全熔化，750°C下精煉I小時(shí)，精煉后在800°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮?dú)鈱辖鹑垠w進(jìn)行第一次除氣扒雜，持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢后，將含1. 5kg稀土的稀土鋁中間合金加入熔爐，直至完全熔化，再進(jìn)行二次除氣扒雜過程，最后靜置30min,出爐。步驟四將步驟三得到的鑄錠風(fēng)冷后，在550±5°C下均質(zhì)處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機(jī)上擠壓成型材，然后在175±5°C下時(shí)效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進(jìn)行力學(xué)性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強(qiáng)度在 330MPa，延伸率達(dá)到15%。實(shí)施例3 步驟一按照鋁合金的成分進(jìn)行備料，以一噸6082鋁合金計(jì)，包括13kg的Si，
4.5kg 的 Fe, IOkg 的 Mn, 2kg 的 Cr, 9kg 的 Mg,1. 5kg 的 Zn, O. 8kg 的 Ti, O. 8kg 的 Cu。步驟二 先往熔爐中加入鋁錠，加熱使之完全融化，按配方比例加入步驟一的備料，并使之完全熔化，750°C下精煉I小時(shí)，精煉后在900°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮?dú)鈱辖鹑垠w進(jìn)行第一次除氣扒雜，持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢后，將含Ikg稀土的稀土鋁中間合金加入熔爐，直至完全熔化，再進(jìn)行二次除氣扒雜過程，最后靜置30min，出爐。步驟四將步驟三得到的鑄錠風(fēng)冷后，在550±5°C均質(zhì)處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機(jī)上擠壓成型材，然后在175±5°C時(shí)效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進(jìn)行力學(xué)性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強(qiáng)度在340MPa，延伸率達(dá)到14%。以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種稀土招合金,包括Si O. 7wt9Tl. 3wt% ；Mn O. 4wt%l. Owt% ；Mg 0. 6wt%l. 2wt% ；RE 0.lwt%^0. 2wt% ；Fe大于零且小于等于0. 5wt% ；Cr大于零且小于等于O. 25wt% ；Zn大于零且小于等于O. 2wt% ；Ti大于零且小于等于O. lwt% ；Cu大于零且小于等于O. lwt% ；余量的招。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述RE為鑭、鈰和釔中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述Mn的含量為O.6wt9TO. 8wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述Fe的含量為O.35、. 48wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述Ti的含量為O.03、. 08wt%o
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述Cu的含量為O.03、. 08wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁合金，其特征在于，所述RE的含量為O.12、. 18wt%。
8.—種稀土鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟鑄造如下成分的稀土鋁合金鑄錠0. 7wt9Tl. 3wt%的Si，O. 4wt9Tl. 0wt%的Mn，O.6wt°/Tl· 2wt%的Mg，0. lwt% 0· 2wt%的RE，大于零且小于等于O. 5wt%的Fe，大于零且小于等于O. 25wt%的Cr,大于零且小于等于O. 2wt%的Zn,大于零且小于等于O. lwt%的Ti,大于零且小于等于O. lwt%Cu，余量的鋁；將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行均質(zhì)處理；將均質(zhì)處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行擠壓，得到稀土鋁合金型材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述均質(zhì)處理的溫度為50(T55(TC， 時(shí)間為8 IOh。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述制備方法，其特征在于，得到稀土鋁合金型材后還包括將所述稀土鋁合金型材進(jìn)行時(shí)效處理，所述時(shí)效處理的溫度為17(T200°C，時(shí)間為 8 10h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種稀土鋁合金及制備方法，包括0.7~1.3wt%的Si，0.4~1.0wt%的Mn，0.6~1.2wt%的Mg，0.1~0.2wt%的RE，大于零且小于等于0.5wt%的Fe，大于零且小于等于0.25wt%的Cr，大于零且小于等于0.2wt%的Zn，大于零且小于等于0.1wt%的Ti，大于零且小于等于0.1wt%Cu，余量的鋁。由于在鋁合金中添加少量的稀土元素，稀土元素能夠與氣體和許多非金屬具有較強(qiáng)的親和力，生成熔點(diǎn)較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時(shí)，稀土元素還可以在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，使晶粒細(xì)化，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改善其加工性能。
文檔編號C22F1/043GK103014443SQ20131001172
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者孟健, 牛曉東, 孫偉, 邱鑫, 田政, 張德平, 魯化一, 唐定驤 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所