一种高强稀土铝合金的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于：按质量百分比计，用于合金化的主要元素组成如下：镁0.7％～0.9％，硅0.4％～0.6％，钪0.2％～0.3％，锆0.15％～0.2％，其余组分为铝，具体步骤如下：1）铝合金按照质量百分比配料，先将配制好的纯铝和配料熔铸为合金铸锭；2）将制得的合金铸锭进行退火处理，合金铸锭加热至560℃，保温48h，后空冷至室温；3）将退火后的合金铸锭在500℃下进行30%变形程度的热轧，得到所需要的铝合金板材；4）将热轧后的铝板进行固溶处理，固溶温度为585℃，保温时间为1.5h；5）最后对固溶状态的铝板进行液氮控温轧制即可。处理后合金的屈服强度大于360MPa、抗拉强度大于385MPa和伸长率大于10%。

【技术实现步骤摘要】
一种高强稀土铝合金的制备工艺
本专利技术属于铝合金
，具体涉及一种高强稀土铝合金的制备工艺。
技术介绍
随着日益严重的环境污染和资源的消耗，人们越来越意识到节能减排对未来发展的重要性。尤其是在汽车行业，每年都消耗着巨大的能源，至2017年年底，全国汽车共有约2.17亿辆，目前是全球第二大汽车保有量国家。但是巨大的汽车数量带来的将是巨大的能源消耗以及大量的污染物排放，这会加剧日益严重的环境污染问题。有分析数据表明汽车质量每减轻10%，可降低汽车燃油消耗6%～8%，排放量下降4%。在汽车行业，除了开发新的能源之外，汽车轻量化问题也已逐步成为汽车行业发展的重要阻碍。汽车轻量化要求汽车厂商在保证汽车使用目的和行驶安全的要求下，最大程度的实现整车质量的降低，由于在相同的条件下，汽车重量越轻，汽油的使用量越少，则产生的尾气越少，从而实现节能减排的效果。目前除了进行结构的优化外，选择合适的使用材料也是重要的发展方向，在广泛使用的材料中，铝合金因为含量巨大、密度小的优势，形成不同系列的合金后满足不同条件下的使用要求，正在逐渐的取代钢铁材料，在汽车上的应用也越来越广泛。因此，开发出高强高韧、耐高温以及良好的焊接性能等综合性能的新型铝合金材料成为当前研究的重点。从现代金属材料学视角来看，提高铝合金金属材料强度一般有以下两种途径:尽量减少合金中的缺陷;或者通过加入异质原子（合金化）或塑性变形等方法细化晶粒。大量实验研究表明:Sc作为目前最有效的微合金化元素，添加到铝合金中能对其组织与性能产生明显的改善。在组织结构方面，添加微量的Sc能够显著细化晶粒、抑制再结晶;在性能方面，显著提高合金的强度、耐腐蚀性能、高温及焊接性能，基至能增强抗中子辐照损伤性能。目前，Sc作为微合金化添加元素制备新型的高强、高韧、耐蚀、可焊的新型含铳铝合金已成为国际材料界研究的热点。随着铝合金的广泛使用，适应各种使用条件的铝合金不断的出现，按照铝合金中添加成分的不同，目前将常用的铝合金分为九个牌号。但是目前广泛使用的铝合金的硬度和强度有限，这严重限制铝合金的使用范围。为了提高铝合金材料的性能，使其在结构材料领域得到更广泛的应用，提高铝合金的在各方面的性能成为未来重要的发展方向。国内外的研究发现，目前针对铝合金较为适用的强化方式主要有1、改变材料的成分；2、采用塑性变形工艺；3、合适的热处理工艺等。根据这些方式的不同，其起到的目的也有很大的差别。传统的热处理强化铝合金在经过固溶处理后主要的强化相元素可以固溶于基体中成为过饱和固溶体，引起基体产生晶格畸变。当对固溶状态的材料进行塑性变形时，基体中的晶格畸变可以有效的阻碍位错运动，在最大程度上实现性能的提高，传统的热处理强化铝合金虽然能在一定程度上使材料的性能得到提高，但提高的程度有限，存在一定的局限性。因此，专利技术一种合金制备工艺来解决上述问题很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强稀土铝合金的制备工艺，通过对铝合金合金成分改进，以及热处理工艺进行优化，从而解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术的强化机理为：一般添加到铝合金中的Sc、Zr元素可以以如下三种形式存在。首先，一些Sc原子溶解成Al基体；第二，Sc原子的一部分以初生Al3Sc或Al3(Sc,Zr)的形式存在，它们可以在凝固，退火，热机械加工过程中形成；第三，存在一定量的Cu原子时，Sc原子形成富含Cu和Sc的颗粒（W相）。其中Al3（Sc，Zr）相能够起到细化晶粒的作用，会与杂质元素结合形成稀土化合物，消除杂质元素的有害作用。由图2可知，加热1.5h后的XRD分析图可知，对各个峰的比对结果中，均未发现存在Mg2Si相和Al3(Sc,Zr)相的存在，说明此时存在于基体中初次强化相已转化为过饱和固溶体。主要强化相元素溶解于Al基体中，形成了物相或团簇引起基体产生晶格畸变，为后续的加工中第二相的析出打好基础，同时当对固溶状态的材料进行塑性变形时，基体中的晶格畸变可以有效的阻碍位错运动，在最大程度上实现性能的提高。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于：按质量百分比计，用于合金化的主要元素组成如下。镁（Mg）为0.7％～0.9％，硅（Si）为0.4％～0.6％，钪（Sc）为0.2％～0.3％，锆（Zr）为0.15％～0.2％，其余组分为Al。优选的，包括以下步骤：1）铸造：将配制好的铝合金原料置于真空熔炼炉中进行熔炼，铸造过程为：将铝块在真空熔炼炉中进行高温融化，融化温度为700℃，当铝块在高温下融化后，按质量配比加入其他原料，将真空熔炼炉温度升温至780℃，升温速率为20℃/min，在780℃下熔炼；将熔炼后的合金材料进行浇注，浇注成为铝合金铸锭，再将加热温度缓慢降低至室温，降温速率为35℃/min，制备得到铝合金铸锭；2）退火处理：将步骤1制得的铝合金铸锭进行退火处理，退火温度为550～570℃，保温48h，后空冷至室温；3）热轧：将退火处理后的合金铸锭置于轧机中进行热轧，热轧的变形量为30%，其中在热轧之前将材料和轧辊在500～520℃下保温1h。热轧时，沿着长度方向RD（图1）开始轧制，板材都是一次加热成型，轧制过程中不退火，在轧制结束后需对板材趁热压平获得板料；4）固溶处理：将热轧后的合金板材进行固溶处理，固溶处理温度为580～600℃，保温时间为1.5h，固溶后的合金板材用淬火液进行淬火；5）液氮控温轧制：对固溶状态的合金进行液氮控温轧制，将板材首次放置于液氮中40～50min,使温度下降到-50℃，之后每次轧制前都要放回液氮10～15min，最终使板材获得80%的变形量。本专利技术的技术效果和优点：1、本专利技术通过对传统及现有技术铝合金成分、含量及生产加工工艺的进一步改进，使得成品铝合金材料内部晶粒结构得到优化，提高了铝合金材料的机械加工性能及热处理性能，处理后合金的屈服强度大于360MPa、抗拉强度大于385MPa和伸长率大于10%。延长了铝合金材料的使用寿命，极大地拓宽该种铝合金材料的应用领域，适宜推广应用；2、本专利技术在铝合金材料的制备工艺过程中减少了铬、镍等贵重金属及难熔金属的应用，降低了成本及生产能耗，提高了经济效益。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明图1为本专利技术中的合金的不同轧制方向。图2为本专利技术中的合金加热1.5h后XRD分析图。图3为本专利技术的合金经过液氮控温轧制后的力学性能。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于：按质量百分比计，用于合金化的主要元素组成如下。Mg：0.7％～0.9％，Si：0.4％～0.6％，Sc：0.2％～0.3％，Zr：0.15％～0.2％，其余组分为Al。。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于：按质量百分比计，用于合金化的主要元素组成如下。Mg：0.7％～0.9％，Si：0.4％～0.6％，Sc：0.2％～0.3％，Zr：0.15％～0.2％，其余组分为Al。。


2.根据权利要求1所述的一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于：将稀土元素钪、锆用以合金化，所述Sc原子与Zr原子比例为：1.4～2.1：1。


3.根据权利要求1所述的一种高强稀土铝合金的制备工艺，其特征在于具体步骤如下：
A、铸造：将配制好的铝合金原料置于真空熔炼炉中进行熔炼，铸造过程为：将铝块在真空熔炼炉中进行高温融化，融化温度为700℃，当铝块在高温下融化后，按质量配比加入其他原料，将真空熔炼炉温度升温至780℃，升温速率为20℃/min，在780℃下熔炼；将熔炼后的合金材料进行浇注，浇注成为铝合金铸锭，再将加热温度缓慢降低至室温，降温速率为35℃/min，制备得到铝合金铸锭；
B、退火处理：将步骤A制得的铝合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亨，王汉，唐锴，李明，王卫国，何章勇，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34