CN101403062A

CN101403062A - 稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金

Info

Publication number: CN101403062A
Application number: CNA2008102267308A
Authority: CN
Inventors: 聂祚仁; 林双平; 黄晖; ***
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2009-04-08

Abstract

一种稀土Er微合金化的Al－Mg－Mn－Zr合金，属于金属合金技术领域。本发明提供的合金中各合金组份及其重量百分比为：Mg：4.6～8％，Mn：0.7％，Er：0.05～1.0％，Zr：0.1％，余量为Al。合金中优选的稀土Er的重量百分比为0.1～0.5％，Mg的重量百分比为4.6～6.5％。本发明中加入了稀土Er，提高了Al－Mg－Mn－Zr合金冷轧板的力学性能，使合金的常温及高温(150℃)抗拉强度(σ_b)和屈服强度(σ_0.2)均提高，其延伸率(δ)基本保持不变。由此可推断，Er有望成为改善铝合金综合性能的有效合金元素。

Description

稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr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

我国已探明的稀土储量占世界稀土总储量(4500万吨)的80％，居世界第一位，如此丰富的稀土资源，大大推动了我国稀土铝合金的研究与开发工作。我国稀土铝合金的研究起步较早，对稀土在电工铝合金及建筑铝型材中的应用研究等方面取得了良好效果，对各种稀土元素在Al-Si合金中的变质作用及稀土的净化作用也进行了深入研究。但长期以来，我国的稀土铝合金研发工作大都集中在应用研究方面，其中又以La、Ce、Y及混合稀土对铝合金的影响与机理研究为最多，而对其它单一稀土元素在铝及其合金中的存在形式与作用机理方面的研究则较少涉及。

我们通过前期预研工作，发现了廉价稀土元素Er在铝合金中一系列的积极作用；而Al-Mg系合金作为铝合金家族中的典型合金系列，具有很多优异性能，对其进行研究可以开发出一系列新型高性能铝合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金，在Al-Mg-Mn-Zr合金中添加了微量元素Er，提高组织性能稳定性，抑制或减缓β相的沿晶沉淀和促进晶内分解，对铝合金基体起到强化作用，从而提高铝合金的性能。

本发明提供的稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金，其中各合金组份及其重量百分比为：Mg：4.6～8％，Mn：0.7％，Er：0.05～1.0％，Zr：0.1％，余量为Al。合金中优选的稀土Er的重量百分比为0.1～0.5％，Mg的重量百分比为4.6～6.5％。

本发明的稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金

经过Er微合金化的高Mg含量的Al-Mg合金，采用半连续铸造法制备。选用纯铝(99.99％)、纯镁(99.95％)、和Al-10Mn中间合金、Al-3％Zr中间合金、及Al-6Er中间合金为原料，将原料于780～800℃熔炼，等合金完全熔化后，利用C₂Cl₆进行除气，再于710～730℃浇铸成合金铸锭。合金铸锭经470℃/20h均匀化处理、切头、铣面后，于460℃热轧，热轧总变形量约70～85％。热轧后进行中间退火，退火温度为400℃，保温1h。退火后空冷至室温再进行冷轧，最终得到的合金板材厚度为1.5mm，冷轧总变形量约为50～65％。

本发明的有益效果：

由于本发明在不同Mg含量的Al-Mg-0.7Mn-0.1Zr合金中加入了稀土Er，提高了Al-Mg-Mn-Zr合金冷轧板的力学性能，使合金的常温及高温(150℃)抗拉强度(σ_b)和屈服强度(σ_0.2)均提高，其延伸率(δ)基本保持不变。含Er的Al-Mg-Mn-Zr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：Al-Mg-0.7Mn-0.1Zr-Er冷轧板的常温(25℃)拉伸力学性能曲线；

图2：Al-Mg-0.7Mn-0.1Zr-Er冷轧板的高温(150℃)拉伸力学性能曲线。

图3：Al-Mg-0.7Mn-0.1Zr-Er冷轧板的投射电镜照片。

图4：Al₃Er相与基体的复合衍射斑点。

具体实施方式：

下面结合实施例及附图对本发明作进一步阐述。

以下实施例中Al烧损量按照3％计，Mg烧损按照10％计，中间合金不计烧损。

实施例1

以99.99％高纯铝、99.95％的纯镁及Al-10％Mn中间合金、Al-3％Zr中间合金、Al-6％Er中间合金为原料，于780～800℃熔炼，等合金完全熔化后，利用C₂Cl₆进行除气，再于710～730℃浇铸，得到成分为Al-4.6Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.05Er合金铸锭。合金铸锭经470℃/20h均匀化处理、切头、铣面后，于460℃热轧，热轧后进行中间退火，退火温度为400℃，保温1h。退火后空冷至室温再进行冷轧，最终得到的合金板材厚度为1.5mm。测定其在室温(25℃)下的力学性能，结果如表1中A合金所示。再测定其在高温(150℃)抗拉强度和延伸率，结果如表2中合金A所示。

实施例2

以99.99％高纯铝、99.95％的纯镁及Al-10％Mn中间合金、Al-3％Zr中间合金、Al-6％Er中间合金，于780～800℃熔炼，等合金完全熔化后，利用C₂Cl₆进行除气，再于710～730℃浇铸，得到成分为Al-6Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金铸锭。合金铸锭经470℃/20h均匀化处理、切头、铣面后，于460℃热轧，热轧后进行中间退火，退火温度为400℃，保温1h。退火后空冷至室温再进行冷轧，最终得到的合金板材厚度为1.5mm。测定其在室温(25℃)下的力学性能，结果如表1中B合金所示。再测定其在高温(150℃)抗拉强度和延伸率，结果如表2中合金B所示。

实施例3

以99.99％高纯铝、99.95％的纯镁及Al-10％Mn中间合金、Al-3％Zr中间合金、Al-6％Er中间合金，于780～800℃熔炼，等合金完全熔化后，利用C₂Cl₆进行除气，再于710～730℃浇铸，得到成分为Al-8Mg-0.7Mn-0.1Zr-1Er合金铸锭。合金铸锭经470℃/20h均匀化处理、切头、铣面后，于460℃热轧，热轧后进行中间退火，退火温度为400℃，保温1h。退火后空冷至室温再进行冷轧，最终得到的合金板材厚度为1.5mm。测定其在室温(25℃)下的力学性能，结果如表1中C合金所示。再测定其在高温(150℃)抗拉强度和延伸率，结果如表2中合金C所示。

表1Al-XMg-0.7Mn-0.1Zr-XEr合金的室温(25℃)力学性能

表2Al-XMg-0.7Mn-0.1Zr-XEr合金的室温(150℃)力学性能

从表1和表2可以看出，在Mg含量不同的Al-Mg-Mn-Zr合金合金中添加Er，可以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℃)时该合金冷轧板除保持高的强度性能外，合金的塑性明显提高，延伸率达到38％。在Mg含量在4.6～6.5％之间的Al-Mg-0.7Mn-0.1Zr合金中添加占最终产物的0.3％的Er时强化效果最好，不同Mg含量的合金中提高的幅度略有不同。本发明所列举的合金板材为1.5mm冷轧板，对于其它厚度的板材同样适用。

图1，2中列出了四种Er含量合金冷轧态下不同工艺的常温、高温拉伸性能。从中可以看出，Er可不同程度地提高1.5mm厚冷轧板材的常温及高温(150℃)抗拉强度和屈服强度，而且随着Er添加量的增加，强度提高幅度亦增加，但增加趋势减缓，Er对Al-Mg-Mn-Zr合金的塑性影响不大。

采用透射电镜观察Al-4.6Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.4Er合金的第二相粒子形貌(如图3)，并对粒子与基体之间的共格关系作了复合电子衍射图谱分析(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，可以起到良好的钉扎位错，阻碍滑移的作用，这样Al₃Er粒子就有可能成为铝合金中的有效强化相。

Claims

1、一种稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金，其特征在于：其中各合金组份及其重量百分比为：Mg：4.6～8％，Mn：0.7％，Er：0.05～1.0％，Zr：0.1％，余量为Al。

2、根据权利要求1所述的稀土Er微合金化的Al-Mg-Mn-Zr合金，其特征在于：其中Er的重量百分比为0.1～0.5％，Mg的重量百分比为4.6～6.5％。