本發明涉及合金制備領域，尤其是有色金屬合金及其制備領域，進一步涉及鈹鋁合金領域，具體為一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法及其制備的產品。
背景技術：
金屬鈹具有低密度（理論密度1.842g/cm3）、高熔點（1287℃）、高比剛度、比強度，及優異的核性能、熱性能與光學特性等優良性能，在核能等領域具有較高的應用價值。然而，鈹自身存在價格昂貴、脆性、有毒等缺陷，極大的限制了其在工業上的大規模應用。同時，金屬鈹質脆、不易加工，難以制成復雜的結構件，這也極大限制了鈹的應用范圍。為了彌補金屬鈹的這一缺陷，早在上世紀六十年代，美國國家航空航天局就致力于開發塑性鈹基材料，這也是開發鈹鋁合金的原因。
鈹鋁合金繼承并結合了金屬鈹的高強度和金屬鋁的高塑性，具有較好的韌性、易加工性，是一種獨特的質輕、剛性、高阻尼性和高穩定性的材料。雖然，Be-Al合金的綜合性能略遜于金屬Be，但由于鈹鋁合金中Be含量的減少，使得材料原料成本大幅下降，加工性能顯著提高。相比金屬Be而言，Be-Al合金的應用領域非常靈活，在性能不是最突出要求的應用領域，Be-Al合金比金屬Be本身更具競爭力。未來，Be-Al合金與金屬Be將以既競爭又互補的形式發展。
目前，Be-Al合金的生產方法主要有包括：粉末冶金法、精密鑄造法和鍛(擠)壓成形法。不同制備方法制得的合金，其組織具有顯著差異，導致合金的性能有所不同。其中，鑄態合金的拉伸強度是最低的；而鍛壓態鈹鋁合金的拉伸強度和延伸率均有大幅度提高，其比鑄造合金具有更好的力學性能。粉末冶金法制備的Be-Al合金的強度也有明顯改善，不同的是，經冷等靜壓/擠壓的鈹鋁合金的力學性能要明顯優于熱等靜壓態鈹鋁合金。
其中，粉末冶金法制備鈹鋁合金的主要流程如下：在1350℃至約1450oC的溫度范圍內，對金屬鋁和金屬鈹進行真空熔煉，以達到預合金化，之后利用高速惰性氣體進行霧化冷卻，得到預制的合金粉末；預合金粉經冷等靜壓至理論密度的約80%，再經熱等靜壓成型，最后經擠壓進一步提高密度，擠壓溫度通常為370-510oC，從而得到鈹鋁合金。采用粉末冶金法制得的合金具有各向同性特性，但其生產工藝復雜，生產成本高。
雖然粉末熱等靜壓制備的鈹鋁合金性能較精密鑄造要好，但精密鑄造方法工藝簡單、成本較低，并且能后生產粉末冶金法無法生產的結構復雜零部件，而這對于鈹鋁合金在航空航天上的應用十分重要。
然而，Be和Al之間非常有限的溶解度使得這兩種材料在凝固過程中相互分離，且Be和Al的熔點相差很大（Be為1287℃，Al為660℃），兩者具有著很寬的固液兩相區（凝固區間），這就引起了金屬補縮的問題，也導致最終產品中的收縮缺陷和孔隙以及組織的宏觀和微觀偏析，因此，常規鑄造方法難以得到性能良好的鈹鋁合金。
針對該問題，目前普遍采用鈹鋁預合金化和粉末冶金、后續冷/熱變形加工（軋制）及添加其它合金元素的方式，實現鈹鋁兩相晶粒細化、提升綜合性能的目的。但正如上所述，該法工藝復雜、成本很高，并且難以生產復雜結構部件，而合金仍易出現成分偏析。
為此，迫切需要一種新的材料和/或方法，以解決上述問題。
技術實現要素：
本發明的發明目的在于：針對為了得到性能良好的鈹鋁合金，目前普遍采用鈹鋁預合金化和粉末冶金、后續冷/熱變形加工（軋制）及添加其它合金元素的方式，實現鈹鋁兩相晶粒細化、提升綜合性能的目的，但該法工藝復雜、成本很高，且難以生產復雜結構部件，合金仍易出現成分偏析的問題，提供一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法及其制備的產品。本發明提供一種新的鈹鋁-稀土合金的制備方法，該方法以金屬鈹、鋁和稀土元素為原料，通過真空感應熔煉、預合金化、磁懸浮熔煉、重熔和快速冷卻的結合，以及反應條件的合理調整，成功制備出組織細小均勻的非枝晶合金，該合金晶粒細小致密，力學性能高，成分偏析程度低，具備良好的塑性與加工成型性，具有較好的應用前景。同時，本發明的生產工藝簡單，成本低，能夠制備出復雜結構的部件，有效解決現有技術存在的問題。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法，該方法采用包括如下質量百分比的組分作為原料：45~80%金屬鈹，10~45%鋁，0.1~10%稀土元素，余量為雜質；
其包括如下步驟：
（1）按配比稱取各組分，并將稱取的稀土元素和部分金屬鋁放入真空感應熔煉爐的第一反應器內進行熔煉，鑄造得到鋁-稀土中間合金鑄錠，其中，稀土元素在鋁-稀土中間合金鑄錠中所占的質量百分比為10~45%；
（2）將步驟（1）制備的鋁-稀土中間合金鑄錠去氧化皮、冒口后，得到鋁-稀土中間合金精料；
（3）將步驟（2）制備的鋁-稀土中間合金精料、稱取的金屬鈹、剩余的金屬鋁放入真空感應熔煉爐內的第二反應器中，經過熔煉、保溫、電磁攪拌后，將得到的熔液澆注至預熱后的第一模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金；
（4）將步驟（3）制備預合金化的鈹鋁-稀土合金去氧化皮、冒口后，在真空條件下利用磁懸浮熔煉法進行重熔，然后采用快速凝固的方式澆注至第二模具中，得到鈹鋁-稀土合金。
所述步驟（1）中，第一反應器為氧化鋁坩堝；
熔煉的反應條件如下：真空感應熔煉爐內的真空度為1×10-2~1×10-4Pa，熔煉溫度為800~1650℃，熔煉時間5~15分鐘，澆注溫度為740~1550℃。
所述稀土元素為鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鉺（Er）、釔（Y）、鈧（Sc）、鐿（Yb）、釹（Nd）、镥（Lu）中的一種或多種。
所述金屬鈹的純度高于98.0%，鋁的純度高于99.9%，稀土元素的純度高于99%。
所述步驟（1）中，金屬鋁的稱取至為計算值的1.012~1.025倍。
所述步驟（3）中，第一反應器為氧化鋁坩堝或氧化鈹坩堝。
所述步驟（3）中，反應條件如下：真空感應熔煉爐的真空度為1×10-2~1×10-5Pa；熔煉溫度為1150~1380℃，熔煉時間8~18分鐘；保溫溫度為1140~1250℃，保溫時間2~10分鐘；澆注溫度為1130~1230℃。
所述步驟（3）中，第一模具為內表面具有氧化鋁保護涂層的石墨模具。
所述步驟（3）中，對第一模具進行預熱是指在澆注前預先將模具加熱至450~750℃。
所述步驟（3）中，所述電磁攪拌是指采用交變旋轉磁場、行波磁場或交變旋轉與行波復合磁場進行攪拌。
所述步驟（4）中，反應條件如下：真空度為1×10-2~1×10-5Pa，熔煉溫度為1150~1300℃，熔煉時間5~10分鐘，保溫溫度為1180~1250℃，保溫時間2~5分鐘，澆注溫度為1150~1230℃。
所述步驟（4）中，第二模具采用合金或通過失蠟法制備的熔模鑄造用耐熱氧化物制備而成。
所述第二模具為采用合金制備的中空模具，中空模具內設置有空腔；
將重熔后的熔液澆注至第二模具中，通過向第二模具內的空腔注入冷卻水的方式，對第二模具內的熔液進行快速冷卻；
或所述第二模具為采用通過失蠟法制備的熔模鑄造用耐熱氧化物制備而成；
將第二模具預熱至350~650℃后，將重熔后的熔液澆注至第二模具中，再將第二模具轉移至冷卻腔內進行快速冷卻。
采用前述方法制備的產品。
針對前述問題，本發明提供一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法及其制備的產品。該合金采用包括如下質量百分比的組分作為原料：金屬鈹含量為45~80%，鋁含量為10~45%，復合稀土元素含量0.1~10%，其余為雜質。金屬鈹可以為純度高于98.0%的鈹珠或鈹錠，鋁可以為純度高于99.9%的鋁錠或鋁棒，復合稀土中各元素純度均高于99%。本發明在鈹鋁合金中，添加稀土元素，能顯著細化晶粒、強化鈹相和/或鋁相、提升力學性能，并降低組織缺陷、減少成分偏析，提升合金耐氧化、耐腐蝕性與耐熱性。
進一步，該方法包括如下步驟。首先，按配比稱取各組分，包括金屬鈹、鋁、稀土元素。將稱取的計算量的稀土元素和部分金屬鋁放入真空感應熔煉爐中，鑄造得到鋁-稀土中間合金鑄錠。其中，稀土元素在鋁-稀土中間合金鑄錠中所占的質量百分比為10~45%。坩堝可以為氧化鋁坩堝，真空度為1×10-2~1×10-4Pa，熔煉溫度為800~1650℃，熔煉時間5~15分鐘，澆注溫度為740~1550℃。
然后，將制備的鋁-稀土中間合金鑄錠去氧化皮、去冒口，得到鋁-稀土中間合金精料。再將計算量的金屬鈹、剩余的金屬鋁和鋁-稀土中間合金精料放入真空感應熔煉爐的坩堝中進行熔煉，經過熔煉、保溫、電磁攪拌后，澆注至經預熱后的模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。步驟3中所采用的坩堝可以為氧化鋁或氧化鈹坩堝。該步的反應條件如下：真空度為1×10-2~1×10-5Pa，熔煉溫度為1150~1380℃，熔煉時間8~18分鐘，保溫溫度為1140~1250℃，保溫時間2~10分鐘，澆注溫度為1130~1230℃。其中，采用的模具優選采用內表面具有多層氧化鋁保護涂層的石墨模具。
同時，申請人在時間中發現，該步驟中，若不對模具進行提前預熱，直接將得到的熔液澆注至預熱后的第一模具中，所制備的預合金化的鈹鋁-稀土合金會出現裂紋，導致廢品率顯著上升。為此，申請人先將模具預熱至450~750℃，即在澆注前預先將模具加熱至450~750℃。申請人分析后認為，由于鈹鋁合金本身具有很強的熱裂性，澆注和凝固的瞬態過程中熔體溫度場變化過大時將產生很大凝固應力，導致鑄錠出現裂紋，因而，需要保證模具具有一定的初始溫度，在保證冷速的前提下使熔體凝固時的溫度場保持相對均勻。
最后，將預合金化的鈹鋁-稀土合金去氧化皮、去冒口后，利用磁懸浮熔煉方法進行重熔，之后采用快速凝固的方式澆注至模具中得到鈹鋁-稀土合金。具體條件如下：真空度為1×10-2~1×10-5Pa，熔煉溫度為1150~1300℃，熔煉時間5~10分鐘，保溫溫度為1180~1250℃，保溫時間2~5分鐘，澆注溫度為1150~1230℃。
其中，用于鈹鋁-稀土預合金化熔煉的電磁攪拌措施為交變旋轉磁場、行波磁場或交變旋轉與行波復合磁場。該步驟中，重熔用模具采用合金材質或通過失蠟法制備的熔模鑄造用耐熱氧化物材質制備而成。
為此，本發明提供兩種快速冷卻的方式。其中，一種快速冷凝的方式為：采用合金材質制作中空模具，在模具內通入冷卻水，在澆注后通過水冷方式，將高溫合金熔體快速冷卻。另一種快速凝固方式為：采用失蠟法制備熔模鑄造用耐熱氧化物模具，模具先預熱至350~650℃，在合金熔體后澆注后，將模具轉移至冷卻腔內，并通過水淬等激冷方式將模具快速冷卻。本發明中，利用快速冷卻方式得到的鈹鋁-稀土合金，其鈹、鋁固溶度較高，晶粒細小均勻，縮孔缺陷大大降低，且成分偏析程度低。
綜上所述，本發明提供一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法及其制備的產品，本發明通過在鈹鋁合金中添加稀土合金元素，并利用真空感應熔煉制備鋁-復合稀土中間合金，再通過真空感應熔煉法預合金化鈹鋁-稀土合金，以及磁懸浮熔煉，熔煉過程中通過電磁攪拌實現合金成分及組織的均勻性，最后，通過重熔和快速冷卻得到組織細小均勻的非枝晶合金。本發明通過對反應條件的控制，使得所制備的合金晶粒細小致密，力學性能高，成分偏析程度低，具備良好的塑性與加工成型性。此外，本發明添加的稀土元素的變質作用提升了合金的耐腐蝕性與耐熱性，使得制備的合金尺寸穩定性良好，有效提升合金的綜合性能。
附圖說明
本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
圖1為本發明實施例2制得的鈹鋁-稀土合金鑄錠（圖1右）與未添加稀土元素及未作快速冷卻處理的鈹鋁合金鑄錠（圖1左）微觀組織對比示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發明提供一種新型高性能鈹鋁-稀土合金的制備方法及其制備的產品，其中該合金采用如下質量百分比的原料組成：鈹含量為45~80%，鋁含量為10~45%，稀土元素含量0.1~10%，其余全為雜質。其中，稀土元素包括鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鉺（Er）、釔（Y）、鈧（Sc）、鐿（Yb）、釹（Nd）、镥（Lu）中的一種或多種。
該方法的具體步驟如下。
（1）按配比稱取各組分，備用。將稀土元素和部分金屬鋁（計算量的）一起放入真空感應熔煉爐內的模具中進行熔煉，鑄造得到鋁-稀土中間合金鑄錠。其中，設計稀土元素在鋁-稀土中間合金中的質量百分比為10~45%；必須考慮到在較高熔煉溫度以及較高真空度下，金屬鋁因揮發產生的料損，因此，須將鋁的投料量在原計算結果基礎上增加1.2~2.5%。鋁-稀土中間合金的鑄造工藝為：采用氧化鋁坩堝，真空度范圍在1×10-2~1×10-4Pa內，熔煉溫度為800~1650℃，熔煉時間5~15分鐘，澆注溫度為740~1550℃。其中，步驟（1）中的模具采用內壁具有氧化鋁保護涂層的石墨坩堝或氧化鋁坩堝，之后隨爐冷卻。
（2）將步驟1制備的鋁-稀土中間合金鑄錠去氧化皮、去冒口后，得到鋁-稀土中間合金精料。可根據實際生產需求，將精料鑄錠切割成若干小塊，備用。
（3）將計算量的金屬鈹、剩余的金屬鋁和步驟2制備鋁-稀土中間合金精料放入真空感應熔煉爐的坩堝中，依次經熔煉、保溫、電磁攪拌后，澆注至模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。此步驟的熔煉坩堝選用氧化鋁或氧化鈹材質坩堝，模具采用內表面具有多層氧化鋁保護涂層的石墨模具。
步驟3中，預合金化鈹鋁-稀土的鑄造工藝為：控制爐內真空度為1×10-2~1×10-5Pa，坩堝升溫速率控制為40~100℃/分鐘，熔煉溫度為1150~1380℃，熔煉時間8~18分鐘，之后進行保溫，保溫溫度為1140~1250℃，保溫時間2~10分鐘，澆注溫度為1130~1230℃，澆注前將模具預熱至450~750℃；澆注的同時開啟電磁攪拌，控制攪拌頻率為5~50Hz，其中所使用的電磁場可以為交變旋轉磁場、行波磁場或交變旋轉與行波復合磁場；之后爐冷，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。
（4）將預合金化的鈹鋁-稀土合金去氧化皮、去冒口后，利用磁懸浮熔煉方法進行重熔，之后采用快速凝固的方式澆注至模具中，得到鈹鋁-稀土合金。鈹鋁-稀土合金重熔的磁懸浮熔煉工藝為：真空度控制在1×10-2~1×10-5Pa范圍內，坩堝升溫速率控制為120~250℃/分鐘，熔煉溫度為1150~1300℃，熔煉時間5~10分鐘，保溫溫度為1180~1250℃，保溫時間2~5分鐘，澆注溫度為1150~1230℃。根據實際生產需求，模具可采用合金材質或通過失蠟法制備的熔模鑄造用耐熱氧化物材質。
步驟4中，一種快速凝固方式具體為：若采用合金材質中空模具，則在模具內通入高壓冷卻水，在澆注后通過水冷方式將高溫合金熔體快速冷卻。
另一種方式為：采用失蠟法制備的熔模鑄造用耐熱氧化物模具，模具預熱至350~650℃，在合金熔體后澆注后，將模具轉移至冷卻腔內并通過水淬等激冷方式將模具快速冷卻。
步驟4中，利用快速冷卻方式得到的鈹鋁-稀土合金，其鈹、鋁兩相固溶度較高，晶粒細小均勻，縮孔缺陷大大降低，成分偏析程度低。
采用上述方法制備鈹鋁-稀土合金，其具體性能指標如下：鑄態鈹鋁-稀土合金中鈹的質量分數與計算值偏差不超過1.2%，鋁的質量分數與計算值偏差不超過1.3%，復合稀土元素鑭、鉺的總含量與計算值偏差不超過4%。
對本發明制備的鈹鋁-稀土合金進行測試，測試結果如下：室溫條件下，鑄態合金的平均抗拉強度不低于320Mpa，平均屈服強度超過246Mpa，平均彈性模量超過220Gpa，延伸率不低于3.5%。
本發明以下具體實施例中，所采用的各種原料中，其中，金屬鈹為純度高于98.0%的鈹珠或鈹錠，鋁為純度高于99.9%的鋁錠或鋁棒，復合稀土各元素純度均高于99%。在鈹鋁合金中添加復合稀土元素可顯著細化晶粒、強化鈹相和/或鋁相、提升力學性能，并降低組織缺陷、減少成分偏析，提升合金耐氧化、耐腐蝕性與高溫力學性能。
實施例1
本實施例按質量百分比稱取各組分：鈹含量為62%，鋁含量為37%，稀土元素鑭含量0.4%，稀土元素鉺含量0.4%，其余0.2%為所有雜質含量。
本實施例的具體步驟如下。
（1）按配比稱取各組分，備用。計算并準備金屬鋁和稀土鑭、鉺金屬錠原料，設計稀土元素鑭、鉺在鋁-稀土中間合金中的總質量百分比為30%。考慮到在較高熔煉溫度以及較高真空度下金屬鋁的揮發性高于鑭和鉺，因此，將鋁的投料量在原計算結果基礎上增加1.68%。
將前述步驟稱取的稀土鑭、鉺金屬錠原料和計算量的鋁一起放入真空感應熔煉爐坩堝中，并確保鋁錠/棒在上下部位，稀土金屬鑭、鉺在中間部位；之后，開始鑄造鋁-稀土中間合金，鑄造得到鋁-鑭-鉺中間合金鑄錠。具體反應條件如下：采用氧化鋁坩堝，真空度控制為7.5×10-3Pa以下，熔煉溫度為1440℃，熔煉時間8分鐘，澆注溫度為1350℃，坩堝采用內壁具有兩層氧化鋁保護涂層的石墨坩堝，澆注后隨爐冷卻。
（2）出爐后，將鋁-鑭-鉺中間合金鑄錠經機加去氧化皮、去冒口，得到鋁-鑭-鉺中間合金精料。根據實際生產需求，將精料鑄錠切割成5~10小塊作備料使用。
（3）將稱取的金屬鈹、剩余的金屬鋁和鋁-鑭-鉺中間合金精料放入真空感應熔煉爐內的氧化鋁或氧化鈹坩堝中；放料時，將純鋁料放于坩堝底部，鋁-鑭-鉺中間合金精料放于中間部位，純鈹料放于頂部；之后，經過熔煉、保溫、澆注、電磁攪拌后，澆注至預熱后的模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。該步驟中，考慮到金屬鋁的料損，配料時將鋁錠/棒料在原計算基礎上增加2.12%。
預合金化鈹鋁-稀土的鑄造條件如下：真空感應熔煉爐內的真空度為2.0×10-3Pa，坩堝升溫速率控制為40℃/分鐘，熔煉溫度為1380℃，熔煉時間15分鐘；之后，進行保溫，保溫溫度為1250℃，保溫時間5分鐘，澆注溫度為1230℃，坩堝采用內表面具有3層氧化鋁保護涂層的石墨模具，澆注前將模具預熱至550℃，澆注的同時開啟電磁攪拌，控制攪拌頻率為30Hz，所使用的電磁場為交變旋轉磁場，澆注后爐冷。
（4）出爐后，將步驟3制備的預合金化的鈹鋁-稀土合金經機加去氧化皮、去冒口后，放于真空磁懸浮熔煉爐中進行重熔，采用銅質坩堝，該合金重熔的磁懸浮熔煉條件如下：真空度控制為6.5×10-3Pa，坩堝升溫速率控制為120℃/分鐘，熔煉溫度為1280℃，熔煉時間10分鐘，保溫溫度為1250℃，保溫時間2分鐘，澆注溫度為1180℃。之后，澆注到方形或圓柱體模形的水冷銅模中，水壓控制為2.0Mpa，通過快速冷卻凝固的方式，得到鈹鋁-稀土合金。
本實施例制備的鈹鋁-稀土合金鑄態下，鈹的質量分數在61.85~62.15%，鋁的質量分數為36.80~37.10%，復合稀土元素鑭、鉺的總含量在0.75~0.82%之間，其余皆為雜質元素含量。室溫條件下，該鑄態合金的平均抗拉強度為338Mpa，平均屈服強度254Mpa，平均彈性模量為232Gpa，延伸率達到了3.7%。
實施例2
本實施例按質量百分比稱取各組分：鈹含量為70%，鋁含量為28%，稀土元素鈧含量1.0%，稀土元素鈰含量0.8%，其余0.2%為所有雜質的總含量。
本實施例的具體步驟如下。
（1）鋁-鈧-鈰中間合金的制備
按配比稱取各組分，備用。計算并準備金屬鋁和稀土鈧、鈰金屬顆粒原料，設計稀土元素鈧、鈰在鋁-稀土中間合金中的總質量百分比為35%。考慮到在較高熔煉溫度以及較高真空度下金屬鋁的揮發性高于鈧和鈰，因此，將鋁的投料量在原計算結果基礎上增加1.82%。由于鈧、鈰化學性質活潑，一般存放在煤油或其他有機溶劑中以防止氧化，因此使用前需將稀土原料投入無水乙醇中并采用超聲波震蕩清洗后用氮氣吹干，之后盡快裝料使用。
將前述步驟稱取的原料一起放入真空感應熔煉爐坩堝中，并確保鋁錠/棒在坩堝上、下部位，稀土金屬鈧、鈰在中間部位。之后，開始鑄造鋁-稀土中間合金，其鑄造條件具體如下：采用氧化鋁坩堝，真空度控制為2.0×10-3Pa以下，熔煉溫度為1450℃，熔煉時間5分鐘，澆注溫度為1380℃，坩堝采用內壁靜電噴涂了2層氧化鋁保護涂層的石墨坩堝，澆注后隨爐冷卻。
（2）出爐后，將鋁-鈧-鈰中間合金鑄錠經機加銑削去除氧化皮和上端冒口，得到鋁-鈧-鈰中間合金精料。之后，利用線切割將精料鑄錠切割成8~15小塊作備料使用。
（3）將稱取的金屬鈹、金屬鋁和步驟2制備的鋁-鈧-鈰中間合金精料放入真空感應熔煉爐內的氧化鈹坩堝中。放料時，將純鋁料放于坩堝底部，鋁-鈧-鈰中間合金精料放于中間部位，純鈹料放于頂部。之后，經過熔煉、保溫、澆注、電磁攪拌后，澆注至預熱后的模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。該步驟中，考慮到金屬鋁的料損，配料時將鋁錠/棒料在原計算基礎上增加1.82%。
預合金化鈹鋁-稀土的鑄造條件如下：控制真空感應熔煉爐內的真空度為7.0×10-4Pa，坩堝升溫速率控制為80℃/分鐘，熔煉溫度為1380℃，熔煉時間15分鐘；之后，進行保溫，保溫溫度為1250℃，保溫時間5分鐘，澆注溫度為1230℃，坩堝采用內表面具有3層氧化鋁保護涂層的石墨模具，澆注前將模具預熱至550℃，澆注的同時開啟電磁攪拌，控制攪拌頻率為30Hz，所使用的電磁場為交變旋轉磁場，澆注后爐冷。
（4）出爐后，將步驟3制備的預合金化的鈹鋁-稀土合金經機加銑削去掉氧化皮及冒口后，放于真空磁懸浮熔煉爐中進行重熔，采用銅質坩堝，該合金重熔的磁懸浮熔煉條件如下：真空度控制為6.5×10-3Pa，坩堝升溫速率控制為100℃/分鐘，熔煉溫度為1320℃，熔煉時間6分鐘，保溫溫度為1270℃，保溫時間3分鐘，澆注溫度為1220℃。之后，澆注到方形或圓柱體模形的水冷銅模中，水壓控制為1.6~1.8Mpa，通過快速冷卻凝固的方式，得到鈹鋁-稀土合金。
本實施例制備的鈹鋁-稀土合金鑄態下，鈹的質量分數在69.82~70.11%，鋁的質量分數為27.80~28.08%，復合稀土元素鈧、鈰的總含量在1.72~1.95%之間，其余皆為雜質元素含量。
本實施例制得的鈹鋁-稀土合金鑄錠的微觀組織照片如圖1所示，可以看出，添加稀土元素并采用快速冷卻凝固方式后，合金的鑄態組織明顯從不等軸長的長枝晶轉變為細小均勻的柱狀晶，柱狀晶之間也比較均勻地分布了添加稀土元素后形成的第二相組織，合金平均晶粒尺寸大為降低，且晶粒未呈現任何取向性排列，表明其具有良好的各向同性。室溫條件下，該鑄態合金的平均抗拉強度為376Mpa，平均屈服強度278Mpa，平均彈性模量為253Gpa，延伸率達到了3.5%。
實施例3
本實施例按質量百分比稱取各組分：鈹含量為62%，鋁含量為35.5%，稀土元素鈧含量0.8%，稀土元素釔含量1.0%，稀土元素釤含量0.5%，其余0.2%為所有雜質含量。
本實施例的具體步驟如下。
（1）鋁-鈧-釔-釤中間合金的制備
按配比稱取各組分，備用。計算并準備金屬鋁和稀土鈧、釔、釤金屬顆粒/薄片原料，設計稀土元素鈧、釔和釤在鋁-稀土中間合金中的質量百分比分別為16%、20%和10%（稀土總質量百分比為46%）。備料時，將鋁的投料量在原計算結果基礎上增加1.17%。由于鈧、釔、釤化學性質活潑，一般存放在煤油或其他有機溶劑中以防止氧化，因此，使用前需將稀土原料投入無水乙醇中用超聲波震蕩清洗后并用高純氮氣或氬氣吹干，之后盡快裝料使用。
將稱取的稀土鈧、釔、釤金屬顆粒/薄片原料和計算量的金屬鋁一起放入真空感應熔煉爐坩堝中，并確保鋁錠/棒在坩堝上、下部位，稀土金屬鈧、釔、釤在中間部位。之后，開始鑄造鋁-稀土中間合金，得到鋁-鈧-釔-釤中間合金鑄錠。其鑄造條件具體如下：采用氧化鋁坩堝，真空度控制為5.0×10-4Pa，熔煉溫度為1550℃，熔煉時間5分鐘，澆注溫度為1420℃，模具采用內壁靜電噴涂了2層氧化鋁保護涂層的石墨坩堝，澆注后隨爐冷卻。
（2）出爐后，將鋁-鈧-釔-釤中間合金鑄錠經機加銑削去除氧化皮和上端冒口，銑削過程中需持續噴射冷卻劑，得到鋁-鈧-釔-釤中間合金精料后，不作任何切割直接備料使用。
（3）將稱取的金屬鈹、金屬鋁和步驟2制備的鋁-鈧-釔-釤中間合金精料放入真空感應熔煉爐內的氧化鈹坩堝中。配料時，將鋁錠/棒料在原計算基礎上增加1.60%。放料時，將一半純鋁料放于坩堝底部，鋁-鈧-釔-釤中間合金精料放在中間部位，純鈹料及剩余一半純鋁料放于上部。之后，經過熔煉、保溫、澆注、電磁攪拌后，澆注至預熱后的模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。
預合金化鈹鋁-稀土的鑄造條件如下：采用氧化鈹坩堝，控制真空感應熔煉爐內真空度在6.0×10-3~8.0×10-4Pa范圍內，坩堝升溫速率控制為75~90℃/分鐘，熔煉溫度為1350℃，熔煉時間15分鐘。之后，進行保溫，保溫溫度為1280℃，保溫時間2分鐘，澆注溫度為1180℃，模具采用內表面靜電噴涂了3層氧化鋁涂層的石墨模具，澆注前將模具預熱至600℃，澆注的同時開啟電磁攪拌，控制攪拌頻率為50Hz，使用交變旋轉磁場，澆注后爐冷。
（4）出爐后，將預合金化的鈹鋁-稀土合金經機加銑削去掉氧化皮、表面缺陷及冒口后，放于真空磁懸浮熔煉爐中進行重熔，采用銅質坩堝，合金重熔的磁懸浮熔煉條件如下：真空度控制為不低于2.0×10-3Pa，坩堝升溫速率控制為120℃/分鐘，熔煉溫度為1380℃，熔煉時間10分鐘，保溫溫度為1280℃，保溫時間2分鐘，澆注溫度為1200℃。之后，澆注到方形水冷銅模中，水壓控制為2.0~2.5Mpa，出爐后，即得到一種新型高性能鈹鋁-稀土合金。
本實施例制備的鈹鋁-稀土合金鑄態下，鈹的質量分數在61.90~62.10%之間，鋁的質量分數為35.42~35.58%，復合稀土元素鈧、釔和釤的總含量在2.19~2.38%之間，其余含量為所有雜質元素。室溫條件下，該鑄態合金的平均抗拉強度為372Mpa，平均屈服強度277Mpa，平均彈性模量為249Gpa，延伸率達到了3.2%。
實施例4
本實施例按質量百分比稱取各組分：鈹含量為65%，鋁含量為31%，稀土元素鑭含量2.0%，稀土元素鈰含量1.8%，其余0.2%為雜質的總含量。
本實施例的具體步驟如下。
（1）鋁-鑭-鈰中間合金的制備
按配比稱取各組分，備用。計算并準備金屬鋁和稀土鑭、鈰金屬顆粒/鑄錠原料，設計稀土元素鑭和鈰在鋁-稀土中間合金中的質量百分比均為20%（稀土總質量百分比為40%）。備料時將鋁的投料量在原計算結果基礎上增加0.46%。由于稀土鑭和鈰化學性質活潑，一般浸泡在煤油中以防止氧化，因此使用前需將其投入無水乙醇中用超聲波震蕩清洗后并用高純氮氣或氬氣吹干，之后盡快裝料使用。
將稱取的稀土鑭、鈰金屬和計算量的金屬鋁一起放入真空感應熔煉爐坩堝中，并確保鋁錠/棒在坩堝上、下部位，稀土金屬鑭、鈰在中間部位。之后，開始鑄造鋁-稀土中間合金，得到鋁-鑭-鈰中間合金鑄錠。其鑄造條件具體如下：采用氧化鋁坩堝，真空度控制在不低于9.0×10-3Pa，熔煉溫度為1080℃，熔煉時間20分鐘，澆注溫度為980℃，模具采用內壁靜電噴涂了2層氧化鋁保護涂層的石墨坩堝，澆注后隨爐冷卻。
（2）出爐后，將鋁-鑭-鈰中間合金鑄錠經機加銑削去除氧化皮和上端冒口，銑削過程中需持續噴射冷卻劑，得到鋁-鑭-鈰中間合金精料后，線切割成3~5塊備料使用。
（3）將稱取的金屬鈹、金屬鋁和步驟2制備的鋁-鑭-鈰中間合金精料放入真空感應熔煉爐內的氧化鋁坩堝中。配料時，將鋁錠/棒料在原計算基礎上增加1.00%。放料時，將一半純鋁料放于坩堝底部，鋁-鑭-鈰中間合金精料放在中間部位，純鈹料及剩余一半純鋁料放于上部。之后，經過熔煉、保溫、澆注、電磁攪拌后，澆注至預熱后的模具中，得到預合金化的鈹鋁-稀土合金。
預合金化鈹鋁-稀土的鑄造條件如下：采用氧化鋁坩堝，控制真空感應熔煉爐內真空度不低于2.0×10-2Pa，坩堝平均升溫速率控制為90℃/分鐘，熔煉溫度為1350℃，熔煉時間15分鐘。之后，進行保溫，保溫溫度為1280℃，保溫時間2分鐘，澆注溫度為1230℃，模具采用內表面靜電噴涂了3層氧化鋁涂層的石墨模具，澆注前將模具預熱至500℃，澆注的同時開啟電磁攪拌，控制攪拌頻率為50Hz，使用交變旋轉磁場，之后爐冷。
（4）出爐后，將預合金化的鈹鋁-稀土合金經機加銑削去掉氧化皮、表面缺陷及冒口后，放于真空磁懸浮熔煉爐中進行重熔，采用銅質坩堝，合金重熔的磁懸浮熔煉工藝條件如下：真空度控制為不低于8.0×10-3Pa，坩堝平均升溫速率控制為100℃/分鐘，熔煉溫度為1380℃，熔煉時間15分鐘，保溫溫度為1280℃，保溫時間3分鐘，澆注溫度為1180℃。之后，澆注到Φ100圓柱形水冷銅模中，水壓控制為2.0Mpa。出爐，后即得到一種新型高性能鈹鋁-稀土合金。
本實施例制備的鈹鋁-稀土合金鑄態下，鈹的質量分數在64.88~65.09%，鋁的質量分數為30.90~31.12%，復合稀土元素鑭、鈰的總含量在3.77~3.86%之間，其余皆為雜質元素含量。室溫條件下，該鑄態合金的平均抗拉強度為332Mpa，平均屈服強度256Mpa，平均彈性模量為225Gpa，延伸率達到了4.3%。
以上實施例僅為本發明的優選方案，本發明的實施方式與保護范圍并不受限于上述實施例，凡使用本發明思路下的設計及技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的技術人員而言，在不脫離本發明設計原理前提下的若干改動也應視作本發明的保護范圍。
本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。