具有改进的沉淀硬化的铝材料制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制备轻质构件的铝材料、用于制备这种铝材料的方法以及这种铝材料作为结构构件或内部构件在客运交通工具中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于制备轻质构件的铝材料、用于制备这种铝材料的方法以及这种铝材料作为结构构件或内部构件在客运交通工具中的应用。【专利说明】具有改进的沉淀硬化的铝材料 专利
本专利技术涉及一种用于制备轻质构件的铝材料、用于制备这种铝材料的方法以及这 种铝材料作为结构构件或内部构件在客运交通工具中的应用。
技术介绍
为制备客运交通工具如飞机、轨道交通工具或水上交通工具中的轻质构件如结构 构件或内部构件，常使用铝-合金。在这类应用中，通常将铝-合金熔融，然后通过利用新 式的原始方法如特别是浇铸法，例如借助于压铸法、砂模铸法、硬模铸法或触变铸造法或流 变铸造法，也借助于基于合适半成品的切削的经典方法（减量法）或日益增多地通过直接 的产品生产法（增量法）转变成最终构件。直接的产品生产法意指这种方法，即"无绕道"， 也就是无其它热-机械工艺步骤而直接和用所需的最终外形来制备，并产生如此可加载荷 的构件，使其可取代在机械-技术操作上以"规范"即按标准所生产的构件。该如此直接产 生的铝材料经凝固后，该最终构件是具有特定强度特性和构件内应力的铸件结构，这些特 性特别是通过合金化学和冷却条件所确定。如果该材料足够快凝固，则该所得构件的强度 和构件内应力常常还要紧接着通过沉淀硬化（也称为沉淀作用）来加以改进。但这种值得 力求的产生优点的快速冷却大多由于与经济相关的工艺参数而受阻。 例如由DE102007018123A1、DE10352932A1、US3619181A、EP0238550A、 EP1111078A2或DE100248594A1已知铝-合金，特别是含钪的铝-合金。将合金元素钪（Sc) 和锆（Zr)同时加到铝-合金中，虽然原则上特别适合提高强度，但这种加合金元素常常由 于迟缓的凝固条件而（由于其尺寸>50nm)导致形成A13X型的不再内聚的金属间的胶质分 散体（在金属-物理中由于其化学计量也称为L12、D022或D023相）。由于Sc和Zr在铝材 料中的低的室温-溶解度，所以在这种AISc或AlScZr-合金的太慢凝固时导致上述不希望 的相的过早形成，并由此导致可达到的材料特性的恶化，特别是导致较低的强度。由此所确 定的不利的基材特性至今不再可通过常规的热后处理如固溶处理和沉淀硬化来加以调整。 因此值得追求的是，提供一种经改性的含合金元素钪和锆的铝材料，与通用的铝 材料相比，该铝材料不具有或具有较少量上述的结晶出的胶质分散体相，并由此反推和其 结论是，在直接的构件生产期间为抑制或至少最大限度降低不希望的Al3x-相的过早形成 所需要的"苛求的"冷却速度足够得小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于制备轻质构件的铝材料，与通用的铝材料相比， 该铝材料具有低的剩余的构件内应力和高的基材强度。此外，本专利技术的目的是该铝材料具 有高的结构硬度，并且，与通用的铝材料相比，在相同温度下可进行更长的恒温处理，即显 示出改进的在技术上可利用的沉淀硬化。本专利技术的另一目的在于，提供一种用于制备这种 铝材料的方法。特别是该方法应具有低的生产耗费和最大限度降低构件内应力的形成，同 时使其强度和沉淀硬化最大化。 这些目的通过权利要求所规定的主题实现。有利的实施方案是从属权利要求的主 题。 因此本专利技术的第一主题是一种用于制备轻质构件的铝材料，该铝材料包含铝 (A1)、钪（Sc)、锆（Zr)和镱（Yb)，其中钪（Sc)对锆（Zr)对镱（Yb)的重量比 在 10/5/2. 5 至 10/2. 5/1. 25 的范围内。 本专利技术的铝材料适于制备轻质构件。另一优点在于，该铝材料具有高的结构硬度 以及改进的沉淀硬化。另一优点在于，由该铝材料制备的构件经规定的热处理后具有低的 构件内应力和高的强度。 例如该材料的含钪（Sc)量按该错材料的总重量计为0.3-1. 5重量％。 例如该材料的含锆（Zr)量按该铝材料的总重量计为0. 075-0. 75重量％，和/或 该材料的含镱（Yb)量按该铝材料的总重量计为0. 0375-0. 375重量％。 例如a)该材料在室温下的拉伸强度和/或屈服点为350-800MPa，和/或b)该材 料在300-400°C下经另外的热处理后，在室温下的拉伸强度和/或屈服点超过未经另外的 热处理而制备的同样材料的拉伸强度和/或屈服点。 本专利技术还提供一种用于制备该铝材料的方法，该方法包括： a) 提供铝（A1)-钪（Sc)-锆（Zr)-基础合金， b) 将合金元素镱（Yb)添加到步骤a)的AlScZr-基础合金中以制备熔融的铝（A1)-钪 (5(：)-锆（21〇-镱（￥13)-合金， c) 在的温度区间，以彡lOOK/sec的冷却速率冷却在步骤b)中所得的熔融AlScZrYb-合金以制备凝固的AlScZrYb-合金，和 d) 在250-500°C的温度范围内对凝固的AlScZrYb-合金进行热处理。 例如该AlScZr-基础合金可通过将合金元素锆（Zr)预先添加到铝（A1)-钪 (Sc) -基础合金中而制得。 例如使用AlScZr-基础合金或AISc-基础合金，该基础合金包含按AlScZr-基 础合金或AISc-基础合金的总重量计的每元素为0. 5-10. 0重量％的选自Mg、Zn、Cu、Mn、 Si、Li、Ag、Ti、Nb、Ta、Hf、Fe、Ni、Co、Cr、V中的至少一种另外的合金元素和/或每元素为 0. 05-2. 0重量％的选自镧系元素Y、La、Eu、Nd、Gd、Tb、Dy、Er、Pr和Ce中的至少一种另外 的合金元素。 例如该AlScZr-基础合金或AISc-基础合金以下列形式存在： a) 粉末状或线材状，或 b) 烧结的、烧铸的、乳制的或挤压的模制件。 例如在步骤b)中的AlScZrYb-合金的熔融通过下列方法进行： a) 激光束、电子束或电弧，和/或 b) 化学放热反应，和/或 c) 电容式、导电式或感应式。 例如该熔融的AlScZrYb-合金在^态-^此的温度区间以彡150K/sec的冷却速率 冷却。 例如该熔融的AlScZrYb-合金冷却至室温。 例如该凝固的AlScZrYb-合金经热处理10分钟至100小时和/或以多阶段和/ 或多步骤进行。 例如该热处理过的AlScZrYb-合金经冷却至室温，冷却速率为彡10K/sec。 例如经步骤d)的第一热处理后，实施至少一个另外的热处理，该另外的热处理如 此进行，即a)在空气、保护气体下或在真空中于300-400°C下处理10分钟至100小时和/ 或以多阶段和/或多步骤进行，或b)通过在300-400°C温度范围和100-10000bar压力范围 的热均衡压制处理和/或以多阶段和/或多步骤进行。 本专利技术还涉及该铝材料作为结构构件或内部构件在客运交通工具中的应用。例如 在飞机如客机中应用，在轨道交通工具如火车或水上交通工具如客船中应用。 本专利技术涉及一种用于制备轻质构件的铝材料，该铝材料包含铝（A1)、钪（Sc)、锆 (21〇和镱（￥13)，其中钪（5(3)对锆（21〇对镱（￥13)的重量比在10/5/2.5至 10/2. 5/1. 25的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备轻质构件的铝材料，该铝材料包含铝(Al)、钪(Sc)、锆(Zr)和镱(Yb)，其中钪(Sc)对锆(Zr)对镱(Yb)的重量比[Sc/Zr/Yb]在10/5/2.5至10/2.5/1.25的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F帕尔姆，
申请(专利权)人：空中客车防卫和太空有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE