[發明專利]一種高熱穩定性的變形鋁合金及制備方法

有效

• 申請號: 201310078494.0
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103103407A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 黃暉;朱靜波;聶祚仁;文勝平;高坤元;王為
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22F1/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于有色金屬技術領域，具體涉及Er和Zr合金元素在鋁中的添加量及變形鋁合金的制備工藝，Er和Zr的加入可以有效提高變形鋁合金的熱穩定性。

技術背景

文獻的調查結果表明，在鋁合金中加入微量的Er元素，經時效處理后可以彌撒析出與鋁基體保持共格關系的Al₃Er二次相，對合金強度有所貢獻，但是在300℃以上保溫時，析出的Al₃Er相會迅速粗化，使得彌散強化作用幾乎消失。而Zr元素的加入會改善鋁合金的熱穩定性，，在時效時過程中形成的Al₃Zr二次析出相能在400℃長時間保溫后仍與鋁基體保持共格或半共格關系。Al₃Zr有良好的抗粗化能力，是由于Zr元素在Al基體中的擴散速度較慢，相比于與Er元素的擴散速度低幾個數量級（300℃時，D_Zr=6.4×10^-24，D_Er=（4±2）×10^-19）。添加Er和Zr的鋁合金，經歷時效會形成核殼結構的Al₃（Er、Zr）復合析出相，核心為富Er的Al₃（Er、Zr）相外層則是包裹著富Zr的Al₃（Er、Zr）相。相比于單獨添加Er或者Zr的二元合金，在鋁基體中復合析出相的數密度有很大程度的增加，同時析出相具有良好的抗粗化性能。含有微量的Er、Zr元素的鋁合金在經過劇烈的塑性變形后，由于高密度的位錯作為Er和Zr的快速擴散通道，所以相對鑄態而言，Al₃（Er，Zr）復合相析出溫度更低，析出速度更快，析出數量更多。同時，這些彌散的二次析出相多數會沿著位錯線優先析出，對位錯的釘扎作用非常顯著，在退火過程中會強烈的阻礙位錯的運動，繼而提高鋁合金的熱穩定性。但是，國內外對于Er和Zr的復合添加及其含量對于提高變形鋁合金熱穩定性沒有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種較高熱穩定性的變形鋁合金。通過Er和Zr的復合加入，在變形鋁合金中析出細小彌散的Al₃（Er，Zr）粒子，位錯位置優先析出二次相粒子，在接下來的退火過程中二次相粒子釘扎位錯的作用顯著，強烈阻礙位錯的運動，從而獲得較高的熱穩定性。

本發明所提供的較高熱穩定性的變形鋁合金制備方法，包括以下步驟：

（1）鋁合金鑄錠的成分和重量百分比：鉺：0.3%，鋯：0.3-0.6%，其余為鋁和不可避免的雜質。在電阻爐中熔煉精鋁錠，使其溫度為750-800℃在熔鋁中加入Er和Zr的中間合金，熔融金屬液升溫至900℃后，經攪拌、除渣，金屬液靜置冷卻到850℃后鐵模澆注成錠，待鑄錠凝固后迅速取出鑄錠水冷至室溫。

（2）將步驟（1）中的鋁合金鑄錠銑面加工，在軋機上冷軋，保持變形量在70-90%。

本發明通過Er和Zr元素的添加，使基體中析出細小彌撒的Al₃(Er，Zr)的第二相粒子，能夠有效的釘扎位錯，阻礙位錯的運動從而提高變形鋁合金的熱穩定性。相比于本發明中的其他三元Al-Er-Zr變形合金，熱穩定最好的變形鋁合金成份含量為：Al-0.3wt.%Er-0.4wt.%Zr。該成份的變形鋁合金在425℃退火1小時后硬度下降幅度約為10%。而二元的Al-0.3wt.%Er同樣變形量的鋁合金，在300℃退火1h后硬度下降約為10%；二元Al-0.4wt.%Zr同樣變形量的鋁合金在經過350℃退火1h后硬度下降幅度約為10%。此外，該成份的鋁合金在退火過程中的絕對硬度值也較高，相比二元的Al-0.4wt.%Zr變形合金顯微硬度提高25%左右。同時，該成分變形鋁合金在375℃溫度下退火150小時后，仍未沒有發生，明顯的再結晶現象出現，有較好的熱穩定性。

本發明具有以下有益效果：

經過本發明所提供的制備工藝得到的變形鋁合金板材，具有較高的熱穩定性，Er、Zr元素的加入對于變形鋁合金的穩定性提供有很大幫助。本發明中提供的變形鋁合金冷軋變形量較大，基體中會產生較大應力應變場，形成了密度較高的位錯，高密度的位錯為二次相提供更多的形核位置，也為Er和Zr提供了快速擴散通道，使得退火過程中二次析出相Al₃（Er，Zr）相比于鑄造態更加容易，即在較低的退火溫度下，或者較短的退火時間內就可以析出細小彌撒的Al₃（Er，Zr）二次相。這些在位錯出析出的二次相，對位錯的運動起到釘扎作用，阻礙位錯的運動，從而提高變形鋁合金的熱穩定性。

附圖說明