一种新型高性能挤压稀土铝合金及其制备方法与流程

1.本发明属于变形铝合金制造领域，具体地说是一种新型高性能挤压稀土铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.铝合金作为轻质的工程结构材料，具有比重小、比强度和比刚度高、减振性好和易于回收等优点，用于机动车壳体可以减轻自重，节省能源，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料。
3.目前铝合金的成型方式大多数为铸造成型，这极大的限制了铝合金在工业中更广泛地应用。因此,新型大变形铝合金材料的开发已经成为铝合金研究和开发的主要方向之一。而常用的al-mg-si和al-zn-mg系的合金无法保证其强度和塑性同时提高，难以满足铝合金的大变形挤压成型要求。近年来稀土al-zn-mg系铝合金发展迅速，解决了很多性能不足的问题，但是合金中稀土元素总量均超过0.8％，有的甚至达到1％以上，增加了合金的成本。在保证合金性能的基础上，加入低廉的其他合金元素，实现共同强化的效果，已经成为新型铝合金开发的热点，也具有十分重要的现实意义。


技术实现要素：

4.本发明提供一种新型高性能挤压稀土铝合金及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。
5.本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种新型高性能挤压稀土铝合金，包括如下质量百分比的物质组成：包括如下质量百分比的物质组成：3.5-5.5％的zn，1.5-2.5％的mg，0.5-1.0％的cu，0.3-0.6％的er，0.3-0.5％的zr和0.1-0.3％的sb，余量为al和不可避免杂质。
7.如上所述的一种新型高性能挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的杂质为fe和si。
8.如上所述的一种新型高性能挤压稀土铝合金，其特征在于：所述的杂质质量小于总质量的0.03％。
9.一种新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
10.步骤一：熔炼浇铸：混合料预热的温度为150-250℃，熔炼的过程中，电阻炉升温至690-710℃后放入纯铝，待纯al全部熔化，升温至740-760℃，加入mg锭、sb粒、al-20zn中间合金、al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金，熔炼期间充分搅拌，静置30min后，浇铸到预热模具中；
11.步骤二：均匀化处理：对步骤一制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度15-20℃/min，加热到450-500℃，保温12-24h，完成后将铸锭空冷至室温；
12.步骤三：机加工：将步骤二得到的铝合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到直径ф300mm的铸棒备用；
13.步骤四：挤压变形：将步骤三得到的铸棒进行热挤压变形，对铸锭进行热挤压，工
艺参数：挤压温度430℃-470℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；
14.步骤五：时效处理：对步骤四的铝合金在热处理炉中进行时效处理，时效温度为160-180℃，保温时间为8-12h。
15.如上所述的一种新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述的铝、镁、锌、锑的纯度为99.9％以上，所述的al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金纯度为99.5％以上。
16.如上所述的一种新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，将模具预热至300-350℃，进行浇铸，并在空气中冷却至常温。
17.如上所述的一种新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，采用半连续铸造方式铸造铸锭。
18.本发明的优点是：
19.1.本发明实施例所述的新型高性能挤压稀土铝合金通过调控合金组成，并合理选择各元素含量，获得有利于合金性能提高的各合金元素间的相互作用，得到了与水等介质反应速率很快的铝合金，并且同时具有高强度和高延伸率的力学强度性能，可满足多种工业领域的应用需求；
20.2.zn、cu为混合反应促进元素，在熔炼过程中这些元素与铝形成新的晶相，这些晶相可在铝熔炼过程中破坏生成的氢氧化铝的连续性，从而减少氢氧化铝对铝熔炼的接触的阻碍，促进铝与水等介质的反应的进行，提高铝熔炼反应的速率；此外，zn、cu相互配合，且以上述比例加入可以最大程度的消除铝合金晶内偏析、细化晶粒进而提高延伸率，zn、cu相互配合以上述比例加入，可以最大程度的降低铝合金对其固溶度上限的限制，使合金成分均匀化、减少铸造缺陷，使合金作用达到最大化；zn、cu在后续热处理过程中还可以促进er和zn元素的析出强化，进一步提高合金的强度。
21.3.er在熔炼过程中可与al形成固溶体，通过固溶或时效强化作用可使获得的合金强度显著提高，且er与al的固溶度大，er可以以较高的固溶度溶解到铝合金中，并且随着温度的降低，固溶度显著降低，因而可以通过固溶强化，或时效强化，大幅度提高合金的强度等性能。同时，少量er的加入还可以细化晶粒，提高合金的力学性能。而由于铝合金中er的最大固溶度分别为2.6％，本发明通过适量加入上述的er，以保证er可与al分别形成单一晶格结构的固溶体，从而达到铝合金的高强度和高延伸率。er还可以提高熔炼过程中熔体的稳定性、提高氧化膜的稳定性，减少其他元素的烧损。
22.4.zr、sb元素可显著细化材料的铸锭晶粒，根据霍尔佩奇公式，细化晶粒可提高铝合金成型件的强度和塑性；此外，对铸锭晶粒的细化还可以促进zr、sb混合反应促进元素在合金中的分散均匀性，进一步提高铝熔炼的反应速率，还可促进zr在合金中的分散均匀性，使合金中er元素分散更均匀，进一步提高铝合金的高强度和高延伸率。其中，zr的价格较昂贵，而sb的晶粒细化作用虽不及zr，但其价格便宜，将二者以上述质量百分比的量加入原料中，可获得最佳的晶粒细化效果且大大降低材料成本。
附图说明：
23.图1为实施例1中制备铝合金的金相图；
24.图2为实施例2中制备铝合金的金相图；
25.图3为实施例3中制备铝合金的金相图；
26.图4为实施例4中制备铝合金的金相图；
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.实施例1
29.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：3.5％的zn，1.5％的mg，0.5％的cu，0.3％的er，0.3％的zr和0.1％的sb，余量为al和不可避免杂质；
30.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法包括以下步骤：
31.步骤一：熔炼浇铸：混合料预热的温度为200℃，熔炼的过程中，电阻炉升温至690℃后放入纯铝，待纯al全部熔化，升温至740℃，加入mg锭、sb粒、al-20zn中间合金、al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金，熔炼期间充分搅拌，静置30min后，浇铸到预热模具中；
32.步骤二：均匀化处理：对步骤一制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度20℃/min，加热到460℃，保温24h，完成后将铸锭空冷至室温；
33.步骤三：机加工：将步骤二得到的铝合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到直径ф300mm的铸棒备用；
34.步骤四：挤压变形：将步骤三得到的铸棒进行热挤压变形，对铸锭进行热挤压，工艺参数：挤压温度450℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；
35.步骤五：时效处理：对步骤四的铝合金在热处理炉中进行时效处理，时效温度为160℃，保温时间为12h。
36.本实施例制备的新型铸态稀土铝合金的铸态组织扫描图如图1所示，经检测，其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是565mpa、427mpa和7.5％。
37.实施例2
38.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：4.0％的zn，2.0％的mg，0.7％的cu，0.46％的er，0.4％的zr和0.2％的sb，余量为al和不可避免杂质；
39.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法包括以下步骤：
40.步骤一：熔炼浇铸：混合料预热的温度为200℃，熔炼的过程中，电阻炉升温至700℃后放入纯铝，待纯al全部熔化，升温至750℃，加入mg锭、sb粒、al-20zn中间合金、al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金，熔炼期间充分搅拌，静置30min后，浇铸到预热模具中；
41.步骤二：均匀化处理：对步骤一制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度20℃/min，加热到460℃，保温24h，完成后将铸锭空冷至室温；
42.步骤三：机加工：将步骤二得到的铝合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到直径ф300mm的铸棒备用；
43.步骤四：挤压变形：将步骤三得到的铸棒进行热挤压变形，对铸锭进行热挤压，工
艺参数：挤压温度460℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；
44.步骤五：时效处理：对步骤四的铝合金在热处理炉中进行时效处理，时效温度为170℃，保温时间为10h。
45.本实施例制备的新型铸态稀土铝合金的铸态组织扫描图如图2所示，经检测，其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是582mpa、461mpa和7.1％。
46.实施例3
47.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：5.0％的zn，2.2％的mg，0.8％的cu，0.5％的er，0.4％的zr和0.3％的sb，余量为al和不可避免杂质；
48.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法包括以下步骤：
49.步骤一：熔炼浇铸：混合料预热的温度为250℃，熔炼的过程中，电阻炉升温至710℃后放入纯铝，待纯al全部熔化，升温至760℃，加入mg锭、sb粒、al-20zn中间合金、al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金，熔炼期间充分搅拌，静置30min后，浇铸到预热模具中；
50.步骤二：均匀化处理：对步骤一制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度20℃/min，加热到480℃，保温24h，完成后将铸锭空冷至室温；
51.步骤三：机加工：将步骤二得到的铝合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到直径ф300mm的铸棒备用；
52.步骤四：挤压变形：将步骤三得到的铸棒进行热挤压变形，对铸锭进行热挤压，工艺参数：挤压温度470℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；
53.步骤五：时效处理：对步骤四的铝合金在热处理炉中进行时效处理，时效温度为180℃，保温时间为8h。
54.本实施例制备的新型铸态稀土铝合金的铸态组织扫描图如图3所示，经检测，其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是595mpa、517mpa和8.5％。
55.实施例4
56.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的成分质量百分比组成如下：5.5％的zn，2.5％的mg，1.0％的cu，0.6％的er，0.5％的zr和0.3％的sb，余量为al和不可避免杂质；
57.本实施例中的新型高性能挤压稀土铝合金的制备方法包括以下步骤：
58.步骤一：熔炼浇铸：混合料预热的温度为250℃，熔炼的过程中，电阻炉升温至710℃后放入纯铝，待纯al全部熔化，升温至760℃，加入mg锭、sb粒、al-20zn中间合金、al-25cu中间合金、al-30er中间合金、al-25zr中间合金，熔炼期间充分搅拌，静置30min后，浇铸到预热模具中；
59.步骤二：均匀化处理：对步骤一制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度20℃/min，加热到480℃，保温24h，完成后将铸锭空冷至室温；
60.步骤三：机加工：将步骤二得到的铝合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸，得到直径ф300mm的铸棒备用；
61.步骤四：挤压变形：将步骤三得到的铸棒进行热挤压变形，对铸锭进行热挤压，工艺参数：挤压温度470℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s；
62.步骤五：时效处理：对步骤四的铝合金在热处理炉中进行时效处理，时效温度为160℃，保温时间为12h。
63.本实施例制备的新型铸态稀土铝合金的铸态组织扫描图如图4所示，经检测，其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是585mpa、487mpa和7.9％。
64.由上述实施例可见，本发明的合金比未添加稀土元素的变形铝合金7075(时效态)具有更高的强度，尤其是屈服强度，显著高于7075铝合金。已能满足大多数工业领域对铝合金承载能力的要求。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。