CN103014443A - 一种稀土铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种稀土铝合金及制备方法，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，余量的铝。由于在铝合金中添加少量的稀土元素，稀土元素能够与气体和许多非金属具有较强的亲和力，生成熔点较高的化合物，故具有一定的除氢、精炼和净化作用；同时，稀土元素还可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，从而提高铝合金的强度，改善其加工性能。

Description

一种稀土铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种稀土铝合金及其制备方法。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，交通运输、结构工程等行业对高性能、复杂断面的铝合金型材的需求日益增加。此类工业用型材大多为能在挤压后实现在线淬火的6000系铝合金，其中6082铝合金应用较为广泛，它是能够热处理强化的铝合金板材，具有中等强度和良好的焊接性能、耐腐蚀性，主要用于交通运输和结构工程工业。

6082铝合金是一种Al-Mg-Si系合金，其化学成分包括：0.7~1.3wt%的Si；小于等于0.5wt%的Fe；小于等于0.10wt%的Cu；0.4~1.0wt%的Mn；0.6~1.2wt%的Mg；小于等于0.25wt%的Cr；小于等于0.20wt%的Zn；小于等于0.10wt%的Ti和余量的铝。6082铝合金中能够形成的主要强化相为Mg₂Si，合金中的Si除了形成Mg₂Si相外，还有部分Si剩余，过剩的Si有利于合金强化。合金中的Mn或Cr能够促进晶内金属间化合物的形成，这种化合物能提高材料的抗冲击强度。Mn或Cr能减少过剩Si对塑性的不利影响，也能提高合金的抗蚀性。合金中添加的Cu，能提高时效强化效果，但会降低塑性和抗蚀性。合金中少量的Fe和Zn对铝合金的强度影响不大，但Fe会降低合金的耐蚀性。现有6082铝合金型材的室温力学性能抗拉强度≥310MPa，延伸率≥10%，但是其作为型材的加工性能较差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种力学性能较高的稀土铝合金及稀土铝合金型材的制备方法，并且本发明提供的稀土铝合金型材具有较好的加工性能。

有鉴于此，本发明提供了一种稀土铝合金，包括：

Si   0.7wt%~1.3wt%；

Mn   0.4wt%~1.0wt%；

Mg   0.6wt%1.2wt%；

RE   0.1wt%~0.2wt%；

Fe   大于零且小于等于0.5wt%；

Cr   大于零且小于等于0.25wt%；

Zn   大于零且小于等于0.2wt%；

Ti   大于零且小于等于0.1wt%；

Cu   大于零且小于等于0.1wt%；

余量的铝。

优选的，所述RE为镧、铈和钇中的一种或多种。

优选的，所述Mn的含量为0.6wt%~0.8wt%。

优选的，所述Fe的含量为0.35~0.48wt%。

优选的，所述Ti的含量为0.03~0.08wt%。

优选的，所述Cu的含量为0.03~0.08wt%。

优选的，所述RE的含量为0.12~0.18wt%。

本发明还提供了一种稀土铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：

铸造如下成分的稀土铝合金铸锭：0.7wt%~1.3wt%的Si，0.4wt%~1.0wt%的Mn，0.6wt%~1.2wt%的Mg，0.1wt%~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，余量的铝；

将所述稀土铝合金铸锭进行均质处理；

将均质处理后的稀土铝合金铸锭进行挤压，得到稀土铝合金型材。

优选的，所述均质处理的温度为500~550℃，时间为8~10h。

优选的，得到稀土铝合金型材后还包括：

将所述稀土铝合金型材进行时效处理，所述时效处理的温度为170~200℃，时间为8~10h。

本发明提供了一种稀土铝合金，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，余量的铝。本发明在稀土铝合金中加入了微量的稀土元素，由于稀土元素非常活泼，其与氢等气体和许多非金属具有较强的亲和力，能生成熔点较高的化合物，故具有一定的除氢、精炼和净化作用；同时，稀土元素化学活性极强，其能够在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，从而提高铝合金的强度，改善其加工性能。稀土铝合金铸锭在挤压过程中，挤压速度明显提高，就相同的棒材而言，挤压时间由原来的10min缩减到3min；经力学性能测试后，铝合金的抗拉强度为330~350MPa，延伸率为13%~15%。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种稀土铝合金，包括：

Si  0.7~1.3wt%；

Mn  0.4~1.0wt%；

Mg  0.6~1.2wt%；

RE  0.1~0.2wt%；

Fe  大于零且小于等于0.5wt%；

Cr  大于零且小于等于0.25wt%；

Zn  大于零且小于等于0.2wt%；

Ti  大于零且小于等于0.1wt%；

Cu  大于零且小于等于0.1wt%；

余量的铝。

本发明在6082铝合金中加入了微量的稀土元素，稀土元素由于在铝中的固溶度相当小，其固溶强化物时效析出强化作用不明显，因此其在铝合金中的应用，主要是对合金液的净化、除气、除杂及变质弥散强化作用。由于稀土元素非常活泼，极易与气体（如氢）、非金属（如硫）及金属作用，生成相应的稳定化合物；且稀土元素的原子半径大于常见的金属如铅、镁等，在这些金属中的固溶度极低，几乎不能形成固溶体。稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用；此外，它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，故它有一定的除氢、精炼和净化的作用；同时，稀土元素化学活性极强，可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，从而导致晶粒细化，有变质的作用，从而提高铝合金的强度，改善其加工性能。所述RE的含量为0.1~0.2wt%，优选为0.12wt%~0.18wt%，本发明所加入的稀土元素，优选为镧（La）、铈（Ce）和钇（Y）中的一种或多种。

稀土铝合金中的锰元素能够促进晶内金属间化合物的形成，而该化合物能提高材料的抗冲击强度；锰还能减少过剩硅元素对塑性的不利影响，提高合金的抗蚀性。所述Mn的含量为0.4~1.0wt%，优选为0.6~0.8wt%。

稀土铝合金中的硅元素与镁形成强化相Mg₂Si，且还有过剩的Si，过剩的Si有利于合金强化。则所述硅的含量为0.7~1.3wt%，优选为0.9~1.0wt%。

按照本发明，所述稀土铝合金中还添加了铁元素、铬元素、镁元素、锌元素和钛元素，所述Fe的含量大于零且小于等于0.5wt%，优选为0.35~0.48wt%，更优选为0.45wt%。所述铬的含量大于零且小于等于0.25wt%，优选为0.15wt%~0.20wt%。所述镁的含量为0.6~1.2wt%，优选为0.8~1.0wt%。所述锌的含量大于零且小于等于0.2wt%，优选为0.18~0.10wt%，更优选为0.15wt%。所述钛的含量大于零且小于等于0.1wt%，优选为0.03~0.08wt%。铝合金中的铜元素能够提高时效强化效果，但会随合金的塑性和抗蚀性产生影响，所述Cu的含量为大于零且小于等于0.1wt%，优选为0.03~0.08wt%。

本发明还提供了一种稀土铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：

铸造如下成分的稀土铝合金铸锭：0.7~1.3wt%的Si，0.4~1.0wt%的Mn，0.6~1.2wt%的Mg，0.1~0.2wt%的RE，小于等于0.5wt%的Fe，小于等于0.25wt%的C，小于等于0.2wt%的Zn，小于等于0.1wt%的Ti，小于等于0.1wt%Cu，余量的铝；

将所述稀土铝合金铸锭进行均质处理；

将均质处理后的稀土铝合金铸锭进行挤压，得到稀土铝合金型材。

按照本发明，首先按照稀土铝合金中的成分及含量进行备料，铸造稀土铝合金铸锭，由于稀土与Al的熔点、密度相差较大，为防止熔炼时稀土沉淀在合金底部，造成成分偏析，需要先制备出稀土铝中间合金。在熔炼铝合金时，稀土以稀土铝中间合金的形式加入熔体。

作为优选方案，所述稀土铝合金铸锭的制备过程具体为：先在熔炉中加入铝锭，加热融化后再加入硅、铁、锰、铬、镁、锌、钛和铜，完全熔化后750℃下精炼1h，在700~900℃下静置保温，得到铝合金熔体；然后采用氮气对合金熔体进行第一次除气扒杂，将稀土铝中间合金加入熔炉中，直至完全熔化，再进行二次除气扒杂，最后静置30min，即得到铝合金铸锭。

稀土铝合金铸锭制备完成后，将稀土铝合金铸锭风冷后，进行均质处理，所述均质处理能够使稀土铝合金铸锭内部组织均匀，所述均质处理的温度优选为500~550℃，时间优选为8~10h。然后将均质处理后的稀土铝合金铸锭进行挤压，本发明优选将稀土铝合金铸锭在6000吨挤压机上挤压成型材。为了使稀土铝合金型材内部组织更加均匀，消除锻造及挤压过程中的内应力，本发明优选对所述型材进行时效处理，所述时效处理的温度优选为170~200℃，所述时效处理的时间优选为8~10h。

在原有6082铝合金中添加稀土元素后，在挤压过程中发现型材挤压速度有明显的提高，一根相同长度棒材的挤压时间由原来的10min缩减到3min，速度提高3倍以上，从而大幅地降低了能源消耗，提高了工作效率。挤压型材的表面形貌比原来的光洁很多，没有细微的划痕，提高了产品的外观质量。经力学性能测试后，抗拉强度为330MPa~350MPa，延伸率达到13~15%。从力学性能上看，加入稀土元素后，抗拉强度提高约10%，延伸率有较大幅度的提高。

本发明提供了一种稀土铝合金，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，余量的铝。本发明在稀土铝合金中加入了微量了稀土元素，由于稀土元素非常活泼，其与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点较高的化合物，故具有一定的除氢、精炼和净化作用；同时，稀土元素化学活性极强，它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，从而提高铝合金的强度，改善其加工性能。铝合金铸锭在挤压过程中，挤压速度明显提高，就相同的棒材而言，挤压时间由原来的10min缩减到3min；经力学性能测试后，铝合金型材的抗拉强度为330~350MPa，延伸率为13%~15%。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的稀土铝合金及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

步骤一：按照稀土铝合金的成分进行备料，以一吨6082铝合金计，包括7kg的Si，4.5kg的Fe，10kg的Mn，2.1kg的Cr，10kg的Mg，1.5kg的Zn，0.8kg的Ti，0.8kg的Cu。

步骤二：先往熔炉中加入铝锭，加热使之完全熔化，按配方比例加入步骤一的备料，并使之完全熔化，750℃下精炼1小时，精炼后在700℃下静置保温，得到合金熔体。

步骤三：采用氮气对合金熔体进行第一次除气扒杂，持续通气直至反应完毕后，将含2kg稀土的稀土铝中间合金加入熔炉，直至完全熔化，再进行二次除气扒杂过程，最后静置30min，出炉。

步骤四：将步骤三得到的铸锭风冷后，在550±5℃下均质处理8h。

步骤五：将步骤四得到的铸锭在6000吨挤压机上挤压成型材，然后在175±5℃下时效处理8h。

将得到的稀土铝合金型材进行力学性能测试，所制备的铝合金的抗拉强度为350MPa，延伸率达到13%。

实施例2：

步骤一：按照稀土铝合金的成分进行备料，以一吨6082铝合金计，包括10kg的Si，4.5kg的Fe，8kg的Mn，2kg的Cr，12kg的Mg，1.5kg的Zn，0.8kg的Ti，0.8kg的Cu。

步骤二：先往熔炉中加入铝锭，加热使之完全融化，按配方比例加入步骤一的备料，并使之完全熔化，750℃下精炼1小时，精炼后在800℃下静置保温，得到合金熔体。

步骤三：采用氮气对合金熔体进行第一次除气扒杂，持续通气直至反应完毕后，将含1.5kg稀土的稀土铝中间合金加入熔炉，直至完全熔化，再进行二次除气扒杂过程，最后静置30min，出炉。

步骤四：将步骤三得到的铸锭风冷后，在550±5℃下均质处理8h。

步骤五：将步骤四得到的铸锭在6000吨挤压机上挤压成型材，然后在175±5℃下时效处理8h。

将得到的稀土铝合金型材进行力学性能测试，所制备的铝合金的抗拉强度在330MPa，延伸率达到15%。

实施例3：

步骤一：按照铝合金的成分进行备料，以一吨6082铝合金计，包括13kg的Si，4.5kg的Fe，10kg的Mn，2kg的Cr，9kg的Mg，1.5kg的Zn，0.8kg的Ti，0.8kg的Cu。

步骤二：先往熔炉中加入铝锭，加热使之完全融化，按配方比例加入步骤一的备料，并使之完全熔化，750℃下精炼1小时，精炼后在900℃下静置保温，得到合金熔体。

步骤三：采用氮气对合金熔体进行第一次除气扒杂，持续通气直至反应完毕后，将含1kg稀土的稀土铝中间合金加入熔炉，直至完全熔化，再进行二次除气扒杂过程，最后静置30min，出炉。

步骤四：将步骤三得到的铸锭风冷后，在550±5℃均质处理8h。

步骤五：将步骤四得到的铸锭在6000吨挤压机上挤压成型材，然后在175±5℃时效处理8h。

将得到的稀土铝合金型材进行力学性能测试，所制备的铝合金的抗拉强度在340MPa，延伸率达到14%。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种稀土铝合金，包括：

Si  0.7wt%~1.3wt%；

Mn  0.4wt%1.0wt%；

Mg  0.6wt%1.2wt%；

RE  0.1wt%~0.2wt%；

Fe  大于零且小于等于0.5wt%；

Cr  大于零且小于等于0.25wt%；

Zn  大于零且小于等于0.2wt%；

Ti  大于零且小于等于0.1wt%；

Cu  大于零且小于等于0.1wt%；

余量的铝。

2.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述RE为镧、铈和钇中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述Mn的含量为0.6wt%~0.8wt%。

4.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述Fe的含量为0.35~0.48wt%。

5.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述Ti的含量为0.03~0.08wt%。

6.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述Cu的含量为0.03~0.08wt%。

7.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述RE的含量为0.12~0.18wt%。

8.一种稀土铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：

铸造如下成分的稀土铝合金铸锭：0.7wt%~1.3wt%的Si，0.4wt%~1.0wt%的Mn，0.6wt%~1.2wt%的Mg，0.1wt%~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，余量的铝；

将所述稀土铝合金铸锭进行均质处理；

将均质处理后的稀土铝合金铸锭进行挤压，得到稀土铝合金型材。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述均质处理的温度为500~550℃，时间为8~10h。

10.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，得到稀土铝合金型材后还包括：

将所述稀土铝合金型材进行时效处理，所述时效处理的温度为170~200℃，时间为8~10h。