CN104818412B - 一种低钪铝镁钪锆合金板材 - Google Patents
一种低钪铝镁钪锆合金板材 Download PDFInfo
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Abstract
一种低钪铝镁钪锆合金板材，本发明涉及含钪的铝镁系合金板材及其制造方法。本发明要解决现有含钪的铝镁系合金原材料价格高昂，力学性能差的技术问题。本发明合金板材由Mg、Mn、Sc、Zr、Ti、Be、Si、Fe、其余杂质和Al组成；方法：一、配料；二、熔炼；三、铸造；四、均匀化退火；五、热轧；六、锯切成品。本发明合金板材具有一般的铝镁钪合金板材所具有的常温和低温力学性能、耐损伤容限，优异的焊接性能、抗腐蚀性能的同时,还具有更低的原材料成本优势。本发明用于制备一种低钪铝镁钪锆合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及含钪的铝镁系合金板材及其制造方法。
背景技术
含钪的铝镁系合金在航天航空等领域应用过程中，较传统铝镁系合金，体现出来了诸多优势，这也引起了其他结构设计领域设计选材的兴趣。但是，由于原材料钪的价格较高，使得含钪铝合金的成本居高不下，这就在一定程度上影响了该合金在其他领域的应用。
发明内容
本发明要解决现有含钪的铝镁系合金原材料价格高昂，力学性能差的技术问题而提供一种低钪铝镁钪锆合金板材及其制造方法。
一种低钪铝镁钪锆合金板材按照元素质量分数由：Mg为5.0％～6.5％、Mn为0.10％～0.60％、Sc为0.10％～0.25％、Zr为0.08％～0.20％、Ti为0.01％～0.05％、Be为0.0005％～0.005％、Si﹤0.12％、Fe﹤0.25％、其余杂质的总质量分数≤0.15％和余量为Al组成，其中单个杂质的质量分数≤0.05％，Fe的质量分数>Si的质量分数。
上述一种低钪铝镁钪锆合金板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、按照Mg的质量分数为5.0％～6.5％、Mn的质量分数为0.10％～0.60％、Sc的质量分数为0.10％～0.25％、Zr的质量分数为0.08％～0.20％、Ti的质量分数为0.01％～0.05％、Be的质量分数为0.0005％～0.005％、余量为Al称取纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝钪中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼丝；
二、将步骤一称取的纯铝锭和铝锰中间合金加入到熔炼炉中，升温至760～810℃，加入铝钪中间合金，搅拌至少15min，再加入镁锆中间合金，保持15min，再搅拌至少10min，得到熔体；将熔体降温至740℃，加入纯镁锭、铝铍中间合金和铝钛中间合金，搅拌得到铝合金熔体，再加入覆盖剂，控制铝合金熔体中Fe的质量含量大于Si的质量含量，然后采用Ar气精炼至每100g铝合金熔体中氢含量≤0.25mL，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼丝均匀熔入步骤二得到的铝合金熔液中，然后在温度为710℃～750℃、水压为0.06MPa～0.20MPa、速度为30mm/min～50mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为1500mm～5000mm的合金铸锭；
四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为330℃～380℃的条件下，保温4h～8h；
五、将步骤四处理后的合金铸锭铣面至300mm～320mm，控制温度为360℃～440℃，保温不少于2h，然后轧制成4mm～20mm的热轧板；
六、将步骤五得到的热轧板材进行锯切，得到低钪铝镁钪锆合金板材。
本发明低钪铝镁钪锆合金板材中的杂质元素来源于铝锭；杂质Si﹤0.12％、Fe﹤0.25％，其余单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，此范围内的杂质对铝合金板材的性能没有影响。
本发明的有益效果是：本发明一种低钪铝镁钪锆合金与一般的铝镁钪合金相比，由于合理优化了所添加的Sc元素，使Sc元素能够起到晶粒细化、抑制再结晶以及固溶强化等作用的同时，在铸造组织中还避免了初生的粗大含钪相对成品板材的影响，使得所发明的新型低钪铝镁钪锆铝合金板材在具有一般的铝镁钪合金所具有的常温和低温力学性能、耐损伤容限，优异的焊接性能、抗腐蚀性能的同时,具有更低的原材料成本优势。
利用本发明的低钪铝镁钪锆合金板材重新结构设计在保证各项性能满足要求的同时，可降低一般铝镁钪锆合金原材料成本的20％～30％，使得该合金不仅能够满足航天航空行业设计选材需求，还能够满足其他行业(例如航海、电子等)设计选材的需求，将更有利于含钪的铝镁钪锆合金的推广使用。
本发明用于制备一种低钪铝镁钪锆合金板材。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种低钪铝镁钪锆合金板材按照元素质量分数由：Mg的质量分数为5.0％～6.5％、Mn的质量分数为0.10％～0.60％、Sc的质量分数为0.10％～0.25％、Zr的质量分数为0.08％～0.20％、Ti的质量分数为0.01％～0.05％、Be的质量分数为0.0005％～0.005％、Si的质量分数﹤0.12％、Fe的质量分数﹤0.25％、其它杂质的总质量分数≤0.15％和余量为Al组成，其中单个杂质的质量分数≤0.05％，Fe的质量分数>Si的质量分数。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、按照Mg的质量分数为5.0％～6.5％、Mn的质量分数为0.10％～0.60％、Sc的质量分数为0.10％～0.25％、Zr的质量分数为0.08％～0.20％、Ti的质量分数为0.01％～0.05％、Be的质量分数为0.0005％～0.005％、余量为Al称取纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝钪中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼丝；
二、将步骤一称取的纯铝锭和铝锰中间合金加入到熔炼炉中，升温至760～810℃，加入铝钪中间合金，搅拌至少15min，再加入镁锆中间合金，保持15min，再搅拌至少10min，得到熔体；将熔体降温至740℃，加入纯镁锭、铝铍中间合金和铝钛中间合金，搅拌得到铝合金熔体，再加入覆盖剂，控制铝合金熔体中Fe的质量含量大于Si的质量含量，然后采用Ar气精炼至每100g铝合金熔体中氢含量≤0.25mL，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼丝均匀熔入步骤二得到的铝合金熔液中，然后在温度为710℃～750℃、水压为0.06MPa～0.20MPa、速度为30mm/min～50mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为1500mm～5000mm的合金铸锭；
四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为330℃～380℃的条件下，保温4h～8h；
五、将步骤四处理后的合金铸锭铣面至300mm～320mm，控制温度为360℃～440℃，保温不少于2h，然后轧制成4mm～20mm的热轧板；
六、将步骤五得到的热轧板材进行锯切，得到低钪铝镁钪锆合金板材。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中按照Mg的质量分数为5.8％、Mn的质量分数为0.25％、Sc的质量分数为0.15％、Zr的质量分数为0.12％、Ti的质量分数为0.03％、Be的质量分数为0.0025％、余量为Al进行称取。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤二中覆盖剂为KCl、MgCl2和BaCl2的混合溶液，其中按质量份数KCl为32～40份、MgCl2为38～46份、BaCl2为5～8份。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二中覆盖剂的加入量为铝合金熔体质量的0.4～0.6％。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤三中在温度为740℃、水压为0.10MPa、速度为45mm/min的条件下进行铸造。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤三中得到长度为4000mm的合金铸锭。其它与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤四中合金铸锭在温度为355℃的条件下，保温6h。其它与具体实施方式二至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤五中控制温度为420℃保温。其它与具体实施方式二至八之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种低钪铝镁钪锆合金板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、按照Mg的质量分数为5.8％、Mn的质量分数为0.25％、Sc的质量分数为0.15％、Zr的质量分数为0.12％、Ti的质量分数为0.03％、Be的质量分数为0.0025％、余量为Al称取纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝钪中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼丝；
二、将步骤一称取的纯铝锭和铝锰中间合金加入到熔炼炉中，升温至760℃，加入铝钪中间合金，搅拌20min，再加入镁锆中间合金，保持15min，再搅拌15min，得到熔体；将熔体降温至740℃，加入纯镁锭、铝铍中间合金和铝钛中间合金，搅拌得到铝合金熔体，再加入覆盖剂，控制铝合金熔体中Fe的质量含量大于Si的质量含量，然后采用Ar气精炼至每100g铝合金熔体中氢含量≤0.25mL，静置30min，得到铝合金熔液；覆盖剂为KCl、MgCl2和BaCl2的混合溶液，其中按质量份数KCl为40份、MgCl2为46份、BaCl2为8份；覆盖剂的加入量为铝合金熔体质量的0.5％；
三、将铝钛硼丝均匀熔入步骤二得到的铝合金熔液中，然后在温度为740℃、水压为0.10MPa、速度为45mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为4000mm的合金铸锭；
四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为355℃的条件下，保温6h；
五、将步骤四处理后的合金铸锭铣面至300mm，控制温度为420℃，保温不少于2h，然后轧制成10mm的热轧板；
六、将步骤五得到的热轧板材进行锯切，得到低钪铝镁钪锆合金板材。
本实施例制备的低钪铝镁钪锆合金板材的抗拉强度为380Rm/N/mm2～420Rm/N/mm2，屈服强度为280Rm/N/mm2～340Rm/N/mm2，延伸率为12％～18％。
Claims (8)
1.一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于该合金板材按照元素质量分数由：Mg为5.0％～6.5％、Mn为0.10％～0.60％、Sc为0.10％～0.25％、Zr为0.08％～0.20％、Ti为0.01％～0.05％、Be为0.0005％～0.005％、Si﹤0.12％、Fe﹤0.25％、其余杂质的总质量分数≤0.15％和余量为Al组成，其中单个杂质的质量分数≤0.05％，Fe的质量分数>Si的质量分数；
所述一种低钪铝镁钪锆合金板材是按照以下步骤制备的：
一、按照Mg的质量分数为5.0％～6.5％、Mn的质量分数为0.10％～0.60％、Sc的质量分数为0.10％～0.25％、Zr的质量分数为0.08％～0.20％、Ti的质量分数为0.01％～0.05％、Be的质量分数为0.0005％～0.005％、余量为Al称取纯铝锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝钪中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、镁锆中间合金和铝钛硼丝；
二、将步骤一称取的纯铝锭和铝锰中间合金加入到熔炼炉中，升温至760～810℃，加入铝钪中间合金，搅拌至少15min，再加入镁锆中间合金，保持15min，再搅拌至少10min，得到熔体；将熔体降温至740℃，加入纯镁锭、铝铍中间合金和铝钛中间合金，搅拌得到铝合金熔体，再加入覆盖剂，控制铝合金熔体中Fe的质量含量大于Si的质量含量，然后采用Ar气精炼至每100g铝合金熔体中氢含量≤0.25mL，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼丝均匀熔入步骤二得到的铝合金熔液中，然后在温度为710℃～750℃、水压为0.06MPa～0.20MPa、速度为30mm/min～50mm/min的条件下进行铸造，得到厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为1500mm～5000mm的合金铸锭；
四、将步骤三得到的合金铸锭在温度为330℃～380℃的条件下，保温4h～8h；
五、将步骤四处理后的合金铸锭铣面至300mm～320mm，控制温度为360℃～440℃，保温不少于2h，然后轧制成4mm～20mm的热轧板；
六、将步骤五得到的热轧板材进行锯切，得到低钪铝镁钪锆合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤一中按照Mg的质量分数为5.8％、Mn的质量分数为0.25％、Sc的质量分数为0.15％、Zr的质量分数为0.12％、Ti的质量分数为0.03％、Be的质量分数为0.0025％、余量为Al进行称取。
3.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤二中覆盖剂为KCl、MgCl2和BaCl2的混合溶液，其中按质量份数KCl为32～40份、MgCl2为38～46份、BaCl2为5～8份。
4.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤二中覆盖剂的加入量为铝合金熔体质量的0.4～0.6％。
5.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤三中在温度为740℃、水压为0.10MPa、速度为45mm/min的条件下进行铸造。
6.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤三中得到长度为4000mm的合金铸锭。
7.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤四中合金铸锭在温度为355℃的条件下，保温6h。
8.根据权利要求1所述的一种低钪铝镁钪锆合金板材，其特征在于步骤五中控制温度为420℃保温。
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