專利名稱：一種稀土鋁合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及合金技術領域，尤其涉及一種稀土鋁合金及其制備方法。
背景技術：
隨著我國國民經濟的高速發展，交通運輸、結構工程等行業對高性能、復雜斷面的鋁合金型材的需求日益增加。此類工業用型材大多為能在擠壓后實現在線淬火的6000系鋁合金，其中6082鋁合金應用較為廣泛，它是能夠熱處理強化的鋁合金板材，具有中等強度和良好的焊接性能、耐腐蝕性，主要用于交通運輸和結構工程工業。6082鋁合金是一種Al-Mg-Si系合金，其化學成分包括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有利于合金強化。合金中的Mn或Cr能夠促進晶內金屬間化合物的形成，這種化合物能提高材料的抗沖擊強度。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，能提高時效強化效果，但會降低塑性和抗蝕性。合金中少量的Fe和Zn對鋁合金的強度影響不大，但Fe會降低合金的耐蝕性?，F有6082鋁合金型材的室溫力學性能抗拉強度> 310MPa，延伸率> 10%，但是其作為型材的加工性能較差。

發明內容
本發明解決的技術問題在于提供一種力學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。優選的，所述RE為鑭、鈰和釔中的一種或多種。優選的，所述Mn的含量為O. 6wt% O. 8wt%。優選的，所述Fe的含量為O. 35 O. 48wt%。優選的，所述Ti的含量為O. 03 O. 08wt%。
優選的，所述Cu的含量為O. 03 O. 08wt%。優選的，所述RE的含量為O. 12 O. 18wt%。本發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行均質處理；將均質處理后的稀土鋁合金鑄錠進行擠壓，得到稀土鋁合金型材。
優選的，所述均質處理的溫度為50(T550°C，時間為8 10h。優選的，得到稀土鋁合金型材后還包括將所述稀土鋁合金型材進行時效處理，所述時效處理的溫度為17(T200°C，時間為8 10h。本發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?；顫姡渑c氫等氣體和許多非金屬具有較強的親和力，能生成熔點較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時，稀土元素化學活性極強，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，使晶粒細化，從而提高鋁合金的強度，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，擠壓時間由原來的IOmin縮減到3min ;經力學性能測試后，鋁合金的抗拉強度為33(T350MPa，延伸率為13%"I5%ο
具體實施例方式為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實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小，其固溶強化物時效析出強化作用不明顯，因此其在鋁合金中的應用，主要是對合金液的凈化、除氣、除雜及變質彌散強化作用。由于稀土元素非?；顫?，極易與氣體(如氫)、非金屬(如硫)及金屬作用，生成相應的穩定化合物；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的親和力，能生成熔點高的化合物，故它有一定的除氫、精煉和凈化的作用；同時，稀土元素化學活性極強，可以在長大的晶粒界面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，從而導致晶粒細化，有變質的作用，從而提高鋁合金的強度，改善其加工性能。所述RE的含量為O. Γ0. 2wt%,優選為O. 12wt%^0. 18wt%，本發明所加入的稀土元素，優選為鑭(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晶內金屬間化合物的形成，而該化合物能提高材料的抗沖擊強度；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%，優選為O. 6 O. 8wt%。 稀土鋁合金中的硅元素與鎂形成強化相Mg2Si,且還有過剩的Si，過剩的Si有利于合金強化。則所述硅的含量為O. 7 1. 3wt%，優選為O. 9 1. 0wt%。按照本發明，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%，優選為O. 35 O. 48wt%，更優選為O. 45wt%。所述鉻的含量大于零且小于等于O. 25wt%，優選為O. 15wt9TO. 20wt%。所述鎂的含量為O. 6 1. 2wt%，優選為O. 8 1. 0wt%。所述鋅的含量大于零且小于等于O. 2wt%，優選為O. 18 O. 10wt%,更優選為O. 15wt%。所述鈦的含量大于零且小于等于O. lwt%，優選為O. 03、. 08wt%o鋁合金中的銅元素能夠提高時效強化效果，但會隨合金的塑性和抗蝕性產生影響，所述Cu的含量為大于零且小于等于O. lwt%，優選為O. 03 0. 08wt%。本發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行均質處理；將均質處理后的稀土鋁合金鑄錠進行擠壓，得到稀土鋁合金型材。按照本發明，首先按照稀土鋁合金中的成分及含量進行備料，鑄造稀土鋁合金鑄錠，由于稀土與Al的熔點、密度相差較大，為防止熔煉時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，稀土以稀土鋁中間合金的形式加入熔體。作為優選方案，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；然后采用氮氣對合金熔體進行第一次除氣扒雜，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冷后，進行均質處理，所述均質處理能夠使稀土鋁合金鑄錠內部組織均勻，所述均質處理的溫度優選為50(T55(TC，時間優選為8 10h。然后將均質處理后的稀土鋁合金鑄錠進行擠壓，本發明優選將稀土鋁合金鑄錠在6000噸擠壓機上擠壓成型材。為了使稀土鋁合金型材內部組織更加均勻，消除鍛造及擠壓過程中的內應力，本發明優選對所述型材進行時效處理，所述時效處理的溫度優選為170^200 V，所述時效處理的時間優選為8 IOh。在原有6082鋁合金中添加稀土元素后，在擠壓過程中發現型材擠壓速度有明顯的提高，一根相同長度棒材的擠壓時間由原來的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，沒有細微的劃痕，提高了產品的外觀質量。經力學性能測試后，抗拉強度為330MPa 350MPa，延伸率達到13 15%。從力學性能上看，加入稀土元素后，抗拉強度提高約10%，延伸率有較大幅度的提聞。本發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?；顫?，其與氫等氣體和許多非金屬有較強的親和力，能生成熔點較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時，稀土元素化學活性極強，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，使晶粒細化，從而提高鋁合金的強度，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，擠壓時間由原來的IOmin縮減到3min ;經力學性能測試后，鋁合金型材的抗拉強度為33(T350MPa，延伸率為13%"I5%ο為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的稀土鋁合金及其制備方法進行詳細說明，本發明的保護范圍不受以下實施例的限制。實施例1步驟一按照稀土鋁合金的成分進行備料，以一噸6082鋁合金計，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，精煉后在700°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮氣對合金熔體進行第一次除氣扒雜，持續通氣直至反應完畢后，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冷后，在550±5°C下均質處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機上擠壓成型材，然后在175±5°C下時效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進行力學性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強度為350MPa，延伸率達到13%。實施例2 步驟一按照稀土鋁合金的成分進行備料，以一噸6082鋁合金計，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，精煉后在800°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮氣對合金熔體進行第一次除氣扒雜，持續通氣直至反應完畢后，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冷后，在550±5°C下均質處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機上擠壓成型材，然后在175±5°C下時效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進行力學性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強度在 330MPa，延伸率達到15%。實施例3 步驟一按照鋁合金的成分進行備料，以一噸6082鋁合金計，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，精煉后在900°C下靜置保溫，得到合金熔體。步驟三采用氮氣對合金熔體進行第一次除氣扒雜，持續通氣直至反應完畢后，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冷后，在550±5°C均質處理8h。步驟五將步驟四得到的鑄錠在6000噸擠壓機上擠壓成型材，然后在175±5°C時效處理8h。將得到的稀土鋁合金型材進行力學性能測試，所制備的鋁合金的抗拉強度在340MPa，延伸率達到14%。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術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明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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行均質處理；將均質處理后的稀土鋁合金鑄錠進行擠壓，得到稀土鋁合金型材。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述均質處理的溫度為50(T55(TC， 時間為8 IOh。
10.根據權利要求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行時效處理，所述時效處理的溫度為17(T200°C，時間為 8 10h。
全文摘要
本發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的親和力，生成熔點較高的化合物，故具有一定的除氫、精煉和凈化作用；同時，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，使晶粒細化，從而提高鋁合金的強度，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 優先權日2013年1月11日
發明者孟健, 牛曉東, 孫偉, 邱鑫, 田政, 張德平, 魯化一, 唐定驤 申請人:中國科學院長春應用化學研究所