一种抗冲击稀土铝合金及制造方法与流程

1.本发明涉及铝合金领域，具体是一种抗冲击铝合金及制造方法。


背景技术：

2.随着汽车轻量化步伐加快，铝合金产品在汽车上的应用越来越多。汽车铝合金散热器的生产备受。
3.业界关注。散热器材料的选择需要从导热系数、材料成本、比重、不同的加工性能需求等方面去综合比较进行选择，铝的导热系数没有石墨、银、铜、金这些材料高，但从成本、比重和加工性能等方面的综合比较却是现阶段的较好选择。因不同的铝基散热器对综合机械性能的需求也有所不同，所以各种能达到综合机械性能的铝合金便成了铝基散热器材料的首选，6063、1070、1050等几种铝合金在保证了不同散热器对机械综合性能需求的同时，导热效果最接近纯铝，且加工性能好，所以这几种铝合金成了铝基散热器材料的主流选择。目前关于汽车铝合金散热器的成型工艺研究报道较少，挤压成型是汽车铝合金散热器常用的成型工艺方法
4.铝合金作为目前较轻的结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、优良的电磁屏蔽性能及易于回收等优点，在航空航天，汽车以及3c领域都具有重要的应用。铝合金的机械性能远低于钢材料，限制了其在许多工业设备和产品上的应用。为了扩大铝合金的应用范围和领域，科研工作对现有的铝合金进行了大量探索研究，尽管许多科研工作对现有铝合金进行了许多改性，但是应用性并不理想。少量稀土元素的添加可以使铝合金铸造组织晶粒得到明显细化，但是铝合金铸造组织中含有较多的组织缺陷如：缩松、缩孔和夹杂物，导致其力学性能较差。通过挤压、锻造、轧制后的变形铝合金与铸造铝合金相比组织更加致密均匀；而且少量稀土元素的添加可以促进热变形过程中的动态再结晶、激活非基面滑移，进而细化晶粒尺寸、弱化基面织构，使铝合金塑性得到提高。目前的高含量稀土铝合金虽然能够改善合金的力学性能，但能同时提高合金强度和塑性的技术工艺并不多见。
5.为了提高铝合金的强度，在合金元素的选择上行业内普遍通过添加大量的稀土元素来获得高强铝合金。高强铝合金都采用较高含量的稀土元素，稀土元素不仅成本高，将导致铝合金的成本大幅提高，而且比重也大，不能充分发挥铝合金的轻量化优势，不能满足大规模工业化生产的要求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种抗冲击铝合金及制造方法，该合金中均匀分布的多种第二相和均匀细小的显微组织、较弱的基面织构，具有高强度和高塑性。
7.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
8.一种抗冲击铝合金，其组分按重量百分比计包括：锌：5.5～8.5％，镁：1.5～2.5％，铜：1～1.5％，钇：0.2～0.8％，锆：0.2～0.5％，余量为铝。
9.进一步的，其制造方法为：
10.步骤(1)熔炼及铸造：将熔炼炉中的铝锭加热熔化后，在680℃～690℃加入预热后的纯zn、mg和al-cu中间合金、al-y中间合金、al-zr中间合金，然后升温至715℃，保温30分钟，浇铸空冷得合金铸锭；
11.步骤(2)阶梯固溶：将合金铸锭在热处理炉中进行阶梯固溶处理，第一阶段的热处理温度是430℃～480℃摄氏度，热处理时间为1～3小时；第二阶段温度升到470℃～490℃摄氏度，热处理时间为10～13小时，取出后迅速水冷至室温；
12.步骤(3)热挤压：将步骤(2)处理得到的合金铸锭进行410℃～425℃摄氏度2～3小时的预热，然后热挤压；挤压温度为420℃～450℃摄氏度，挤压比为6:1，挤压速率为1.5～2.5m/min，挤压后的板材空冷至室温，即得。
13.进一步的，所述步骤(1)中，在进行浇铸之前还包括对完全熔化后的合金熔液进行吹气、搅拌和除渣。
14.进一步的，挤压后得到的铝合金为板材结构。
15.同时，上述铝合金的制造方法同样作为本发明的另一个方面。
16.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
17.一种工艺简单可靠、易于推广使用的高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料及其制备方法。该方法制备的铝合金组织中均匀分布有纳米、微米级第二相和相对较细的晶粒尺寸，显著改善了铝合金的力学性能，使该铝合金材料具有高强度的同时还具有高塑性。主要具备以下优点：
18.(1)优异的力学性能：合金中均匀分布的多种第二相和均匀细小的显微组织，使得合金同时具有高强度(655mpa)和高塑性(9％)。
19.(2)低廉的原料成本：通过使用非稀土元素合金代替高含量稀土元素合金，大大减低了生产成本。
20.(3)简单的制备方法：采用传统的挤压工艺，进行一次挤压，省去了繁琐的加工流程，具有制备简单、可靠、易于推广和使用性强等特点。
附图说明
21.图1为本发明实施例1所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的显微组织照片。
22.图2为本发明实施例1所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的扫描电镜照片。
23.图3为本发明实施例2所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的显微组织照片。
24.图4为本发明实施例2所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的扫描电镜照片。
25.图5为本发明实施例3所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的显微组织照片。
26.图6为本发明实施例3所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的扫描电镜照片。
27.图7为本发明实施例4所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的显微组织照片。
28.图8为本发明实施例4所述高性能抗冲击低稀土含量铝合金材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人
员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
30.下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
31.实施例1
32.高性能抗冲击低稀土含量铝合金的各组分质量百分数为：zn：5.5％，mg：1.5％，cu：1％，y：0.2％，zr：0.2％，余量为al。
33.其制备方法，步骤如下：
34.(1)熔炼及铸造：首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；待其完全熔化后，在690℃加入预热后的纯zn、mg和al-cu中间合金、al-y中间合金、al-zr中间合金；待合金熔液完全熔化后进行吹气、搅拌和除渣，然后将温度升至715摄氏度，保温30分钟后将合金熔液浇铸到磨具中，随后在空气中冷却得到合金铸锭。
35.(2)阶梯固溶：将步骤(1)得到的铝合金铸锭在热处理炉中进行阶梯固溶处理。第一阶段的热处理温度是450摄氏度，热处理时间为3小时；第二阶段温度升到470摄氏度，热处理时间为12小时，取出后迅速水冷至室温。
36.(3)热挤压：将步骤(2)处理得到的铝合金铸锭进行420摄氏度2小时的预热，然后进行热挤压；挤压温度为420摄氏度，挤压比为6:1，挤压速率为1.5m/min，挤压后的板材空冷至室温。
37.本实施方式得到的高性能抗冲击低稀土含量铝合金的显微组织照片如图1所示，扫描电镜照片如图2所示，经测试其室温拉伸力学性能为：抗拉强度648mpa；断裂伸长率9.1％。
38.实施例2
39.高性能抗冲击低稀土含量铝合金的各组分质量百分数为：zn：6.5％，mg：2％，cu：1.5％，y：0.3％，zr：0.2％，余量为al。
40.其制备方法，步骤如下：
41.(1)熔炼及铸造：首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；待其完全熔化后，在690摄氏度加入预热后的纯zn、mg和al-cu中间合金、al-y中间合金、al-zr中间合金；待合金熔液完全熔化后进行吹气、搅拌和除渣，然后将温度升至715摄氏度，保温30分钟后将合金熔液浇铸到磨具中，随后在空气中冷却得到合金铸锭。
42.(2)阶梯固溶：将步骤(1)得到的铝合金铸锭在热处理炉中进行阶梯固溶处理。第一阶段的热处理温度是430摄氏度，热处理时间为3小时；第二阶段温度升到480摄氏度，热处理时间为11小时，取出后迅速水冷至室温。
43.(3)热挤压：将步骤(3)处理得到的铝合金铸锭进行425摄氏度2小时的预热，然后进行热挤压；挤压温度为430℃，挤压比为6:1，挤压速率为1.75m/min，挤压后的板材空冷至室温。
44.本实施方式得到的高性能抗冲击低稀土含量铝合金的显微组织照片如图3所示，扫描电镜照片如图4所示，经测试其室温拉伸力学性能为：抗拉强度650mpa；断裂伸长率9.2％。
45.实施例3
46.高性能抗冲击低稀土含量铝合金的各组分质量百分数为：zn：7.5％，mg：2.5％，cu：1.5％，y：0.6％，zr：0.3％，余量为al。
47.其制备方法，步骤如下：
48.(1)熔炼及铸造：首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；待其完全熔化后，在685摄氏度加入预热后的纯zn、mg和al-cu中间合金、al-y中间合金、al-zr中间合金；待合金熔液完全熔化后进行吹气、搅拌和除渣，然后将温度升至715摄氏度，保温30分钟后将合金熔液浇铸到磨具中，随后在空气中冷却得到合金铸锭。
49.(2)阶梯固溶：将步骤(1)得到的铝合金铸锭在热处理炉中进行阶梯固溶处理。第一阶段的热处理温度是480摄氏度，热处理时间为1小时；第二阶段温度升到490摄氏度，热处理时间为10小时，取出后迅速水冷至室温。
50.(3)热挤压：将步骤(2)处理得到的铝合金铸锭进行420摄氏度2小时的预热，然后进行热挤压；挤压温度为440℃，挤压比为6:1，挤压速率为2m/min，挤压后的板材空冷至室温。
51.本实施方式得到的高性能抗冲击低稀土含量铝合金的显微组织照片如图5所示，扫描电镜照片如图6所示，其室温力学性能为：抗拉强度655mpa；断裂伸长率9.8％。
52.实施例4
53.高性能抗冲击低稀土含量铝合金的各组分质量百分数为：zn：8.5％，mg：2.5％，cu：1.5％，y：0.8％，zr：0.5％，余量为al。
54.其制备方法，步骤如下：
55.(1)熔炼及铸造：首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；首先将熔炼炉中的铝锭加热熔化；待其完全熔化后，在685摄氏度加入预热后的纯zn、mg和al-cu中间合金、al-y中间合金、al-zr中间合金；待合金熔液完全熔化后进行吹气、搅拌和除渣，然后将温度升至715摄氏度，保温30分钟后将合金熔液浇铸到磨具中，随后在空气中冷却得到合金铸锭。
56.(2)阶梯固溶：将步骤(1)得到的铝合金铸锭在热处理炉中进行阶梯固溶处理。第一阶段的热处理温度是440摄氏度，热处理时间为1小时；第二阶段温度升到490摄氏度，热处理时间为13小时，取出后迅速水冷至室温。
57.(3)热挤压：将步骤(2)处理得到的铝合金铸锭进行410摄氏度3小时的预热，然后进行热挤压；挤压温度为450℃，挤压比为6:1，挤压速率为2.5m/min，挤压后的板材空冷至室温。
58.本实施方式得到的高性能抗冲击低稀土含量铝合金的显微组织照片如图7所示，扫描电镜照片如图8所示，其室温拉伸力学性能为：抗拉强度635mpa；断裂伸长率10.4％。
59.具体实施例1-4得到的铝合金的力学性能如表1所示。
60.表1铝合金的力学性能
61.合金实施例1实施例2实施例3实施例4抗拉强度648650655635屈服强度521515535534延伸率9.19.29.810.4