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CN107794419A - 一种铝合金用多元中间合金及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金用多元中间合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金用多元中间合金及其制备方法，所述多元中间合金质量组成为Mg 2～6％，Mn 0.2～0.8％，Sc 0.08～0.8％，Zr 0.08～0.4％，余量为Al；合金制备采用熔盐铝热还原法。本发明较大程度地减少了中间合金中钪锆的含量，提高了钪锆还原收得率，降低了含钪铝合金的生产成本；同时辅以镁锰强化，本发明的多元中间合金的综合性能良好，具有很好的强化变质效果。

Description

一种铝合金用多元中间合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金用多元中间合金及其制备方法，属于铝合金技术领域。
背景技术
航空航天、高铁及汽车的轻量化，极大推进变形铝合金的发展，轻质高强铝合金获得广泛应用。在变形铝合金材料的生产中，添加金属钪可以明显改善铝合金的性能，因此促进了钪在铝合金中的应用。
由于钪的价格昂贵，钪的大量添加会使得铝合金的成本上升，因此一方面需要寻求代替金属钪的合金元素。中国发明专利公开了一种铝合金用的铝钪锆中间合金及其生产方法(申请号：2016103412981)，是用锆来代替部分钪，通过钪、锆来提高性能。
钪锆等其他合金元素的加入方式通常以中间合金形式加入，如Al-Sc(Sc为2％)、Al-Zr(Zr为5％)中间合金，钪和锆均是铝合金强变质作用元素，其中钪是最好的变质元素，但成本高。在5系(Al-Mg)和7系(Al-Mg-Zn)铝合金中，用部分元素锆取代钪,钪锆复合添加变剂效果好、成本优。钪锆可以大幅度改善合金的屈服强度、焊接性能、耐蚀性能及加工性能。另一方面是降低铝钪中间合金的成本。
在Al-Sc(2％)中间合金实际生产过程中，采用熔盐铝还原法，对于高含量钪合金，钪越高，受本方法限制，生产的难度越大，为了达到2％Sc含量，必须加大氧化钪投入量，导致Al-Sc(2％)生产成本增加，降低了钪收率低，且成分偏析大(钪在铝中的固溶度低，产生偏聚)，而Al-Zr(5％)也同样存在锆成分不均匀、偏差大的问题。
发明内容
本发明针对以上不足，在中间合金的生产中进一步降低钪锆的含量，生产过程更容易控制，成分偏析小，同时保持钪锆的高还原收率(>95％),降低生产成本，同时添加镁锰强化合金，保持中间合金具有很好的变质强化功能。
本发明的技术方案是，提供一种铝合金用多元中间合金，所述多元中间合金质量组成为Mg 2～6％，Mn 0.2～0.8％，Sc 0.08～0.8％，Zr 0.08～0.4％，余量为Al。
Sc的含量优选为0.4～0.8％；更优选为0.7～0.8％。
上述多元中间合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量比为100：1～7的纯Al和熔盐放入熔炼炉中，加热至熔化，并在850～980℃下，保温0.5-1小时；
(2)降温至720～760℃，金属Mn和Mg，保温10-20分钟，搅拌使合金均匀化；
(3)除去铝液表面熔盐，并在铝液中通入氩气，除气，静置后、扒渣；
(4)将合金熔液用水冷模铸锭得到多元中间合金。
优选地，步骤(4)中，控制铸锭的温度700～730℃。
优选地，所述熔炼炉为非真空熔炼炉。
优选地，所述熔盐中各成分的质量组成为：
优选地，步骤(3)中，静置的时间为5～10分钟。
优选地，步骤(2)中，先加入金属Mn，再加入金属Mg。这样可以缩短镁停留时间，减少镁的烧损。
本发明从铝钪锆中间合金(2wt％Sc，1-2wt％Zr)出发，进一步降低钪锆的含量，使Sc的含量为0.08-0.8％，Zr的含量为0.08-0.4％，同时配入适量的镁、锰元素构成本发明的中间合金，镁锰都是强化合金元素，同时锰还有降低铝中有害元素铁的作用。在降低生产成本的同时，成分稍做调整即可配置其它5系7系合金。
本发明采用低成本的Sc2O3、ZrO2为原料获取高收率的钪锆(>95％)，结合水冷模的快速冷却工艺，使得钪锆的第二相Al3(ScZr)粒子细小、分布均匀。
本发明的有益效果是，用多元中间合金代替铝钪中间合金或铝钪锆中间合金，较大程度地减少了中间合金钪锆的含量，提高钪锆的还原收率，降低了铝合金的生产成本；同时增加镁锰强化合金元素，锰还有降低铝中有害元素铁的作用。本发明的多元中间合金的综合性能良好，具有更好的变质强化效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：在200kg中频电炉中，将95kg的铝放入石墨坩埚中，并加入预先混合干燥好的5.17kg熔盐(其中：Sc2O3 1.07kg、ZrO2 0.4kg、NH4F 2.0kg、NaF 0.25kg、KCl 1.3kg、MgCl2 0.15kg)。加热至950℃，保温40分钟。搅拌、扒渣，然后降温至760℃，加入金属锰0.4kg、镁5.6kg，搅拌均匀。10分钟后，充Ar/N2除气，取样分析，降温至710℃，水冷模铸锭，大约100kg锭，铸锭成分分析为，Mg4.9％、Mn 0.4％、Sc 0.71％、Zr 0.3％、余量Al。
实施例2：在200kg中频电炉中，将100kg的Al放入石墨坩埚中，加入预先混合干燥好的6.0kg熔盐(其中：Sc2O3 1.2kg、ZrO2 0.5kg、NH4F 2.3kg、NaF 0.3kg、KCl 1.5kg、MgCl20.2kg)。加热至900℃，保温1hr。搅拌均匀，扒渣，然后降温至740℃，加入金属锰0.6kg、金属镁5.5kg，搅拌均匀。15分钟后，充Ar/N2除气，取样分析，降温至720℃，水冷模铸锭，大约106kg锭，铸锭成分分析为，Mg5.0％、Mn 0.56％、Sc 0.75％、Zr 0.35％、余量Al。
实施例3：在200kg中频电炉中，将100kg的Al放入石墨坩埚中，加入预先混合干燥好的3.0kg熔盐(其中：Sc2O3 0.6kg、ZrO2 0.25kg、NH4F 1.15kg、NaF 0.15kg、KCl 0.75kg、MgCl2 0.1kg)。加热至900℃，保温1hr。搅拌均匀，扒渣，然后降温至740℃，加入金属锰0.21kg、金属镁2.5kg，搅拌均匀。15分钟后，充Ar/N2除气，取样分析，降温至720℃，水冷模铸锭，大约102kg锭，铸锭成分分析为，Mg2.2％、Mn 0.2％、Sc 0.37％、Zr 0.17％、余量Al。
实施例4：在200kg中频电炉中，将100kg的Al放入石墨坩埚中，加入预先混合干燥好的1.0kg熔盐(其中：Sc2O3 0.2kg、ZrO2 0.08kg、NH4F 0.4kg、NaF 0.05kg、KCl 0.25kg、MgCl2 0.02kg)。加热至900℃，保温1hr。搅拌均匀，扒渣，然后降温至740℃，加入金属锰0.4kg、金属镁3.0kg，搅拌均匀。15分钟后，充Ar/N2除气，取样分析，降温至720℃，水冷模铸锭，大约103kg锭，铸锭成分分析为，Mg2.8％、Mn 0.4％、Sc 0.1％、Zr 0.06％、余量Al。
实施例5：以实施例2中间合金100kg，金属锌8.5kg，金属铜1.5kg，纯铝为原料，配置7系合金成分为Zn 7.8％、Mg 2.7％、Cu 1.3％、Mn 0.3％、Zr0.15％、Sc 0.35％，余为铝。采用电阻炉熔炼。温度控制在710～750℃。采用六氯乙烷除气精炼、半连续铸锭；铸锭经470℃/2hr均匀化后，空冷。剥皮，450℃/4h加热后热轧，热轧变形量70％，，再冷轧成2mm厚板材，冷轧变形量60％。在470℃/2hr固熔，水淬，120℃/24h时效处理，获得铝合金材料。
获得的铝合金材料的机械性能为，抗拉强度σb＝650Mpa、屈服强度σ0.2＝610Mpa、延伸率δ＝11％。
实施例6：以实施例3中间合金100kg，金属镁3kg，金属铜0.1kg，纯铝为原料，配置5系合金成分为Mg 5％、Cu 0.1％、Mn 0.2％、Zr 0.15％、Sc0.35％，余为铝。采用电阻炉熔炼。温度控制在710～750℃。采用六氯乙烷除气精炼、半连续铸锭；铸锭经470℃/10hr均匀化后，空冷。剥皮，450℃/2h加热后热轧，热轧80％变形量，再冷轧成2mm厚板材，冷轧50％变形量。在350℃/1hr退火处理，获得铝合金材料。
获得的铝合金材料的机械性能为：抗拉强度σb＝450MPa、屈服强度σ0.2＝278MPa、延伸率δ＝18％。相比较Mg5％、余Al的5系合金，同等条件下的机械性能为：抗拉强度σb＝280MPa、屈服强度σ0.2＝125MPa、延伸率δ＝25％。用本发明制备的合金性能大幅度提升。

Claims (7)

1.一种铝合金用多元中间合金，其特征在于，所述多元中间合金质量组成为Mg 2～6％，Mn 0.2～0.8％，Sc 0.08～0.8％，Zr 0.08～0.4％，余量为Al。
2.一种权利要求1所述的多元中间合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将质量比为100：1～7的纯Al和熔盐放入熔炼炉中，加热至熔化，并在850～980℃下，保温0.5-1小时；
(2)降温至720～760℃，加入金属Mn和Mg，保温10-20分钟，搅拌使合金均匀化；
(3)除去铝液表面熔盐，并在铝液中通入氩气，除气，静置后、扒渣；
(4)将合金熔液用水冷模铸锭得到多元中间合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，控制铸锭的温度700～730℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼炉为非真空熔炼炉。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔盐中各成分的质量组成为：
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，静置的时间为5～10分钟。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，先加入金属Mn，再加入金属Mg。
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