專利名稱：一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金及其熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微合金化的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于金屬合金技術領域。
背景技術：
耐熱鋁合金是指在高溫下有足夠的抗氧化性和在溫度和載荷(動態和靜態)的長時間作用下，具有抗塑性變形(蠕變)和破壞能力及導熱性好和密度低等特點。在兵器、船舶、航空、航天、汽車等行業得到廣泛應用，如坦克裝甲車輛發動機的活塞、缸套、連桿、箱體、缸蓋，導彈殼體、尾翼、航空發動機汽缸、葉片、飛機蒙皮等。提高鋁合金的耐熱性能關鍵是要使合金中析出形成大量彌散分布的熱穩定性析出相(在較高的溫度條件下長大和粗化緩慢，而且部分發生結構轉變)。近年來，國內外大量學者對稀土元素在鋁合金的耐熱性能的作用做了大量的研究。這些研究主要集中在La、Ce、Y、Sc、Zr和混合稀土對鋁合金的影響，其中對稀土元素Sc研究最為深入，在Al-Si系、Al-Zn-Mg系及Al-Mg系等鋁合金中添加Sc均取得了令人滿意的研究結果。然而，添加Sc大大增加了鋁合金的生產成本，使含Sc鋁合金在工業中的應用受到了限制。將Er加入到鋁合金中，能生成與Al3Sc作用相同的Ll2結構的Al3Er相，可以提高鋁合金的再結晶溫度，更能有效的起到細晶強化和彌散強化等積極作用，提高鋁合金的綜合使用性能。而且Er的價格比較便宜，在鋁合金中添加少量的Er元素不會大幅度提高生產成本，能夠廣泛應用于工業生產中。然而，在常規鑄錠冶金的凝固過程中Er在鋁合金中的固溶度有限，限制了其作用的進一步提高。通過復合添加其它能夠生成Ll2結構析出相的合金元素有可能提高析出密度，從而進一步發揮合金化的作用。除了 Sc以外，Zr是一種能夠生成亞穩Ll2結構析出相的合金元素，Zr和Er復合微合金化后，在Al3Er相的誘導下有可能使得析出相保持穩定的L12結構，而且可以阻礙Al3Er相的長大和粗化，因此可以獲得良好的強化效果和熱穩定性，例如發明專利ZL201010515843.7所描述的一種Al-Er-Zr合金具有顯著的時效強化效果。但是Zr本身的析出過程非常緩慢，尤其是成份較低的情況下需要幾千個小時才能充分析出，Si的添加能夠促進Zr的析出，因此Er，Zr和Si的復合有可能充分發揮各自的作用，起到更加良好的微合金化效果。本發明正是在基于以上考慮的情況下，設計了 Al-Er-Zr-Si合金，尋找其合適的成份范圍和相應的熱處理工藝。

發明內容
本發明的目的在于通過復合微合金化的方法，尋找Er，Zr, Si協同發揮強化作用的規律，從而提高鋁合金的性能。本發明所提供的Al -Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了
0.05 0.25% (重量百分比)的Er，0.2 0.3% (重量百分比)的Zr，0.01 0.2% (重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質。
進一步優選純鋁基體中加入了 0.15 0.25% (重量百分比)的Er，0.25 0.3%(重量百分比)的Zr，0.05 0.15% (重量百分比)的Si。該合金的制備方法是在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金實現的，或進一步加入鋁硅合金，調節合金的元素，熔煉溫度為780±10°C，到達熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。鑄錠隨后進行固溶時效熱處理，其工藝包括以下步驟:首先在630± 10 °C固溶20 30小時，隨后水淬到室溫，然后在350°C等溫時效。優選350°C等溫時效的保溫時間10分鐘-1000小時，更優選1-100小時。本發明由于采用了 Er、Si和Zr復合微合金化，具有非常顯著且較快速的時效強化效果，如附圖1 所示，A1-0.2Er-0.28Zr-0.1Si (S3 號樣)和 Al-0.2Er_0.28Zr_0.2Si(S4 號樣)相對Al-Er-Zr (S1、S2)合金提高了時效強化效果的速度和峰值硬度，而且該合金具有良好的耐熱性能。


圖1:350°C等溫時效曲線；圖2:S4合金的短時(Ih)耐熱性能曲線；圖3:S4合金固溶態及時效態高溫壓縮強度。
具體實施方式
實例1:采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁和Al_6Er，Al-4Zr，A1-20S1中間合金，熔煉溫度為780±10°C。到達熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。制備了 5種不同設計成份的合金，并通過XRF測試了其實際成分，如下表I所示。表I實驗合金成份
權利要求
1.一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 0.05-0.25% (重量百分比)的Er，0.2-0.3% (重量百分比)的Zr，0.01-0.2% (重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質。
2.權利要求1的一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了0.15 0.25% (重量百分比)的Er, 0.25 0.3% (重量百分比)的Zr，0.05 0.15% (重量百分比)的Si。
3.制備權利要求1所述的鋁合金的方法，其特征在于，在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金實現的，或進一步加入鋁硅合金，調節合金的元素，熔煉溫度為780±10°C，到達熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄并進行固溶時效熱處理。
4.權利要求1一種Al-Er-Zr-Si耐熱招合金固溶時效熱處理方法,其特征在于:首先在630± 10°C固溶20-30小時，隨后水淬到室溫，然后在350°C等溫時效。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，350°C等溫時效的保溫時間10分鐘-1000小時。
6.按照權利要求4的方法，其特征在于，350°C等溫時效的保溫時間1-100小時。
全文摘要
一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金及其熱處理工藝，屬于合金技術領域。純鋁基體中加入了0.05-0.25%(重量百分比)的Er，0.2-0.3%(重量百分比)的Zr，0.01-0.2%(重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質。該合金的固溶時效熱處理工藝包括以下步驟，首先在640±10℃固溶20～30小時，隨后水淬到室溫，然后在350℃等溫時效。本發明由于采用了Er,Zr和Si復合微合金化，具有非常顯著的時效強化效果，相對Al-Er-Zr合金提高了時效強化的速度和峰值硬度，而且該合金具有良好的耐熱性能。
文檔編號C22F1/04GK103225028SQ201310084930
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者聶祚仁, 田舒, 文勝平, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業大學