一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金制备方法技术

一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金制备方法，涉及铝合金领域。其元素质量百分比，Zn:5.0

【技术实现步骤摘要】
一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金制备方法


[0001]本专利技术属于金属合金
，具体涉及一种高强度高韧Al
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Zn
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Mg铝合金制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金具有高比模量、高比强度以及优良的导电性、导热性与耐腐蚀性，这些优异的性能使得其在压力容器制造领域、汽车制造领域、航空航天领域、轨道交通领域有着广泛的应用。目前，Al
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Zn
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Mg合金作为一种超硬铝其包含的合金元素通常有Zn、Mg、Cu、 Mn、Sc、Zr等，而Zn、Mg为主要合金元素。在Al
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Zn
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Mg合金中添加微量稀土元素能有效改善合金的微观组织结构，改善并提升铝合金的强韧性、抗腐蚀和疲劳等综合性能。在所有微合金化元素中，现有研究表明，添加Er不仅使得材料性能得到明显的改善，还能够使合金材料成本降低。但是，Er在铝合金中的溶解度有限，Er在 Al
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Zn
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Mg合金在铸造组织的晶界处析出含Er共晶相，难以在均匀化处理中消除，并且，Er在铝合金中的扩散速度较快，高温固溶下 Al3(Er)相易发生粗化，失去细化晶粒、钉轧位错与亚结构的作用，从而大幅度降低微合金化对Al
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Zn
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Mg合金综合力学性能的提升效果。
[0003]为了解决上述问题，改善Al
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Zn
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Mg合金的综合力学性能，本文针对单独添加稀土元素Er的Al
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Zn
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Mg合金力学性能提升不足特征，在Al
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Zn
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Mg合金中复合添加稀土元素Er和过渡族元素Zr进行组织改性。在Al
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Zn
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Mg合金热轧制中形成Al3(Er、Zr)相具有优异的热稳定性，进而细化整体组织晶粒，减小外延晶粒的生长，并且采取缓慢升温至时效温度的时效工艺，最终达到提升Al
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Zn
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Mg合金综合力学性能的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合添加微量Er与Zr元素的Al
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Zn
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Mg合金及适用于提高该铝合金强度的热机械处理工艺，获得高强高韧的含Er、Zr的Al
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Zn
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Mg合金材料。
[0005]本专利技术提出的复合添加微量Er与Zr的Al
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Zn
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Mg合金质量组分为：Zn:5.0
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5.5％，Mg：3.0
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3.3％，Mn：0.25
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0.3％，微合金元素 Er:0.10％
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0.13％,Zr:0.10
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0.13％，余量为Al及不可避免的杂质。
[0006]本专利技术所提出的适用于一种复合添加微量Er与Zr元素的Al
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Zn
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Mg合金的热处理处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](1)对于该复合添加微量Er与Zr的Al
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Zn
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Mg合金水冷的铸锭进行均匀化退火处理，单级均匀化退火温度470
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480℃，保温时间为24h，开门炉冷；
[0008](2)对均匀化后的合金进行热轧制，热轧温度为470℃，每道次保温时间为20min，热轧道次为6，总变形量为80％；
[0009](3)对热轧后的轧板进行固溶与时效处理，选取的固溶处理温度为470℃，保温时间为1h,采用水冷；时效处理：从20
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25℃缓慢升温至时效温度120℃，缓慢升温时间为5h，时效处理保温时间为 24h,采用水冷。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]1、本专利技术采用单级均匀化退火工艺，合理的均匀化制度有利于 Al3(Er,Zr)粒子的弥散析出，同时能够基本消除铸态合金晶界处的非平衡相，尤其是对于本专利技术第二相变化比较复杂的高合金化的 Al
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Zn
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Mg合金更为重要。Al
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Zn
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Mg合金凝固时存在枝晶偏析，必须通过均匀化退火降低或消除晶内化学成分以及组织的不均匀性，同时消除凝固时产生的内应力，提高合金热变形能力，改善力学性能。
[0012]2、对于本专利技术提出的热挤压工艺，热加工后的Al
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Zn
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Mg系铝合金强度虽然相对下降，但组织的分布变得更加均匀，合金的可塑性也大幅度提升。
[0013]3、对于本专利技术提出的固溶以及时效工艺，通过合理固溶处理使基体获得最大溶质过饱和度，同时Al3(Er,Zr)粒子阻碍再结晶晶粒长大，达到细化晶粒的效果，提高材料的塑韧性；通过缓慢升温达到峰值时效温度，给予基体内的时效析出相充分的形核以及长大时间，获得更高的时效强度。
具体实施方式
[0014]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0015]表1为复合添加微量Er与Zr的Al
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Zn
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Mg合金从低温缓慢升温至时效温度的拉伸性能；
[0016]表2为添加Er元素的Al
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Zn
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Mg合金固溶处理后从低温缓慢升温至时效温度的拉伸性能；
[0017]表3为复合添加微量Er与Zr的Al
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Zn
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Mg合金无缓慢升温时效处理后的拉伸性能；
[0018]实施例1
[0019]对于一种质量百分含量为：Zn:5.1％，Mg：3.2％，Mn：0.25％，微合金元素Er:0.10％％,Zr:0.10％，余量为Al及不避免的杂质的水冷铸锭进行单级均匀化退火工艺470℃/24h，之后对合金进行6道次的热轧制，热轧保温温度为470℃，热轧制后尺寸为2mm,然后将轧板放置高温炉中进行固溶处理，固溶工艺为470℃/1h,水冷后立即放入时效炉中，从20℃缓慢升温至时效温度120℃，升温时间为 5h，时效处理保温时间为24h,水冷。对时效处理后的材料进行拉伸测试，数据列于表1。
[0020]对比例1
[0021]对于一种质量百分含量为：Zn:5.1％，Mg：3.2％，Mn：0.26％，微合金元素Er:0.10％,余量为Al及不避免的杂质的水冷铸锭进行单级均匀化退火工艺470℃/24h，之后对合金进行6道次的热轧制，热轧保温温度为470℃，热轧制后尺寸为2mm,然后将轧板放置高温炉中进行固溶处理，固溶工艺为470℃/1h,水冷后立即放入时效炉中，从20℃缓慢升温至时效温度120℃，升温时间为5h，时效处理保温时间为24h,水冷。对时效处理后的材料进行拉伸测试，数据列于表2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金，其特征在于，该合金的合金质量组分为：Zn:5.0
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5.5％，Mg：3.0
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3.3％，Mn：0.25
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0.3％，微合金元素Er:0.10％
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0.13％,Zr:0.10
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0.13％，余量为Al及不可避免的杂质。2.权利要求1所述的一种复合添加Er、Zr的高强韧铝合金的热处理处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)对于该复合添加微量Er与Zr的Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：王为，仇晨，荣莉，魏午，黄晖，文胜平，吴晓蓝，杨建参，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：