CN1851019A

CN1851019A - Er、Zr复合强化的Al－Mg－Mn合金

Info

Publication number: CN1851019A
Application number: CN 200610012077
Authority: CN
Inventors: 聂祚仁; 邢泽炳; 苏学宽; 季小兰; 邹景霞; 左铁镛
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2006-10-25

Abstract

Er、Zr复合强化的Al－Mg－Mn合金涉及金属合金技术领域，具体的说属于经过微合金化的一种铝合金材料。本发明所要解决的问题是寻找适用于铝合金微合金化的元素，对铝合金基体起到强化作用，从而提高铝合金的性能。一种Er、Zr复合强化的Al－Mg－Mn合金，其特征在于：在Al－4.5％Mg－0.7％Mn合金中加入了占最终产物总重量0.01~0.6％的稀土Er和占最终产物总重量0.01~0.2％的过渡族元素Zr。本发明由于加入了微量的稀土Er及过渡族元素Zr，大大提高了Al－4.5％Mg－0.7％Mn铝合金在室温时冷轧态和稳定化退火后的机械性能，使合金的抗拉强度(σ_b)和屈服强度(σ_0.2)均提高15~17％，其延伸率(δ)保持基本不变。同时，经过微合金化的Al－4.5％Mg－0.7％Mn合金还具有较高的高温力学性能，可作为不超过200℃使用温度的耐热铝合金使用。

Description

Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn合金

技术领域

本发明涉及金属合金技术领域，具体的说属于经过微合金化的一种铝合金材料。

背景技术

文献调查的结果表明，稀土在铝合金中具有除杂、去气、变质等作用。国外对稀土铝合金方面的研究集中于含Sc的铝合金。国内有关稀土在铝合金中的应用起步于二十世纪七十年代末期，在稀土用于铸造Al-Si合金中的变质作用、稀土在电工铝合金中的应用以及稀土在建筑铝型材中的应用等方面取得了良好的效果，对稀土Ce、Y在Al-Si合金中的作用也进行了一定的研究。以上应用及研究大都用的是混合稀土，虽然近年来国内在单一稀土Y、Sc、Er等在铝合金中的作用已经做了一定的研究，但是用微量的Er、Zr复合强化的铝合金，尤其是在舰船、飞机、车辆等领域大量使用的Al-Mg-Mn中强、耐蚀、可焊铝合金中的研究及应用未见任何报道。我们的研究发现稀土Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn有较显著的强化效果，其强化机理主要由于细化晶粒及在晶内形成均匀分布的细小Al₃Er相，Zr的添加不但可以起到细化晶粒的作用，而且可以进一步提高Er的固溶度，有利于析出更多细小弥散分布的Al₃Er相。Al₃Er与Al₃Sc及Al₃Zr结构相同，属Pm3m空间群(简立方)，晶格参数接近Al，可以起到细晶强化、弥散强化以及第二相强化的作用。

发明内容

本发明所要解决的问题是寻找适用于铝合金微合金化的元素，对铝合金基体起到强化作用，从而提高铝合金的性能。

本发明所提供的用微量的Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于，在Al-4.5％Mg-0.7％Mn(重量百分比)合金的基体中加入了占最终产物总重量的0.01～0.6％的稀土Er以及占最终产物总重量0.01～0.2％的过渡族元素Zr。

以上所述的稀土Er的优选含量范围为最终产物总重量的0.3～0.5％，Zr的优选范围为最终产物总重量的0.05～0.15％。

该Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn合金是由现有的熔炼及加工工艺制备，以纯铝(99.99％)、纯镁(99.99％)，以及经真空熔炼的Al-10.02％Mn、Al-4.52％Zr、Al-6％Er中间合金为原材料，采用铸锭冶金法，覆盖剂覆盖，除气精炼，在坩埚电阻炉内熔炼而成铸锭。铸锭经450℃～480℃/15～25小时均匀化退火后切头铣面，透热(470℃1小时)并热轧、冷轧制得1.5mm厚板材。热轧的总压下量70％～85％，热轧后经中间退火(470℃1小时)，冷却到室温以后冷轧，冷轧压下量67％～80％。

本发明由于加入了微量的稀土Er及过渡族元素Zr，大大提高了Al-4.5％Mg-0.7％Mn铝合金在室温时冷轧态和稳定化退火后的机械性能，使合金的抗拉强度(σ_b)和屈服强度(σ_0.2)均提高15～17％，其延伸率(δ)保持基本不变。同时，经过微合金化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金还具有较高的高温力学性能，可作为不超过200℃使用温度的耐热铝合金使用。微合金化后铝合金性能的改善主要是由于Er与基体形成了共格或半共格的Al₃Er细小颗粒。

附图说明：

图1：Er、Zr复合强化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金的室温(25℃)强度与延伸率曲线。

图2：Er、Zr复合强化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金的高温(150℃)强度与延伸率曲线。

图3：Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr合金中的Al₃Er粒子形貌。

图4：Al₃Er相的超点阵衍射斑点。

具体实施方式：

实例1：采用占合金总重量3.33％的Al-6％Er中间合金、2.3％的Al-4.52％Zr中间合金、6.98％的Al-10.02％Mn中间合金、以及4.8％的纯镁，其余为纯铝的原材料，铸锭冶金法，覆盖剂覆盖，C₆Cl₆除气精炼，在坩埚电阻炉内熔炼成成分为Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.2％Er-0.1％Zr的合金铸锭。铸锭经480℃24小时均匀化退火后切头铣面，透热(470℃1小时)并热轧(78％的总压下量)，冷却到室温后经中间退火(470℃1小时)并冷轧(67％的总压下量)制得1.5mm厚板材，测定其力学性能，结果如表1中C合金所示。

实例2：采用占合金总重量6.67％的Al-6％Er中间合金、2.3％的Al-4.52％Zr中间合金、6.98％的Al-10.02％Mn中间合金、以及4.8％的纯镁，其余为纯铝的原材料，铸锭冶金法，覆盖剂覆盖，C₆Cl₆除气精炼，在坩埚电阻炉内熔炼成成分为Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr的合金铸锭。铸锭经480℃24小时均匀化退火后切头铣面，透热(470℃1小时)并热轧(78％的总压下量)、冷却到室温后经中间退火(470℃1小时)并冷轧(67％的总压下量)制得1.5mm厚板材，测定其力学性能，结果如表1中D合金所示。

实例3：采用占合金总重量10％的Al-6％Er中间合金、2.3％的Al-4.52％Zr中间合金、6.98％的Al-10.02％Mn中间合金、以及4.8％的纯镁，其余为纯铝的原材料，铸锭冶金法，覆盖剂覆盖，C₆Cl₆除气精炼，在坩埚电阻炉内熔炼成成分为Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.6％Er-0.1％Zr的合金铸锭。铸锭经480℃24小时均匀化退火后切头铣面，透热(470℃1小时)并热轧(78％的总压下量)、冷却到室温后经中间退火(470℃1小时)并冷轧(67％的总压下量)制得1.5mm厚板材，测定其力学性能，结果如表1中E合金所示。

实例4：同实例1制得成分为Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.2％Er-0.1％Zr的合金冷轧板，测定其在高温(150℃)的力学性能，结果如表2中合金C所示。

实例5：同实例2制得成分为Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.4％Er-0.1％Zr的合金冷轧板，测定其在高温(150℃)的力学性能，结果如表2中合金D所示。

从表1和表2中可以看出，Er、Zr复合可提高冷轧态合金室温的抗拉强度、屈服强度，并保持较高的延伸率；高温(150℃)时Er、Zr复合除了保持高的强度性能之外，合金的塑性明显提高，延伸率达到23％。Er、Zr复合强化的Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金当中，当Er的加入量占最终产物的0.4％与Zr的加入量占最终产物的0.1％时强化效果最好。

采用透射电镜观察Al-4.5％Mg-0.7％Mn-0.1％Zr-0.4％Er合金的第二相粒子形貌(如图3)，并对粒子与基体之间的位向关系作了电子衍射图谱分析(如图4)，结果显示基体中析出的Al₃Er粒子呈细小的豆瓣状(大小只有10～20nm)，与Al基体之间有一定的共格关系，这样Al₃Er就有可能成为铝合金中的有效的强化相。

表1 Al-4.5％Mg-0.7％Mn-x％Zr-x％Er合金的室温(25℃)力学性能

表2 Al-4.5％Mg-0.7％Mn-x％Zr-x％Er合金的高温(150℃)力学性能

Claims

1、一种Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于：在Al-4.5％Mg-0.7％Mn合金中加入了占最终产物总重量0.01～0.6％的稀土Er和占最终产物总重量0.01～0.2％的过渡族元素Zr。

2、根据权利要求1所述Er、Zr复合强化的Al-Mg-Mn合金，其特征在于：稀土Er的含量范围为最终产物总重量的0.2～0.4％，Zr的含量范围为最终产物总重量的0.05～0.1％。