CN115558815A - 添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,包括熔化、铸造、棒料探伤、铸棒均匀化、铸棒切割、挤压、定尺切割、时效、拉伸试棒制作的步骤;具有生产成本低、工艺简单,生产出的产品性能稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域,更具体涉及一种添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法。
背景技术
铝及铝合金密度小、比强度高、耐腐蚀,在航空航天、军工、汽车等领域有着广泛的应用。铝合金在室温或者较低温度情况下使用,一般能保持较长时间的强度不下降,但是当超过一定温度时,铝合金的强度会显著下降。
现有的抗高温老化铝合金主要是从限制位错运动和晶界强化入手,通过适当的合金化,析出热稳定性高的第二相,降低元素在铝基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态,从而提高铝合金的抗高温老化性能;但这种技术手段的成本较高,抗高温老化性能提高的程度也不明显。
因此,亟需一种添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案如下。
添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,具体包括以下步骤:
S1、熔化:将90-96份铝锭放入加热炉中进行熔化、除渣、除气,并在除渣、除气、精炼过程中加入0.4~0.8份Si、0~0.7份Fe、0.15~0.4份Cu、0~0.15份Mn、0.8~1.2份Mg、0.04~0.35份Cr、0~0.25份Zn、0~0.15份Ti、0.06~0.065份稀土合金;然后进行精炼、静置;
S2、铸造:当铝合金熔液温度升温至750~800℃时进行浇铸,浇铸出规格φ254*5000mm的铝合金铸棒;
S3、棒料探伤:采用自动探伤机进行6061稀土铝合金铸棒表面和内部质量探伤,合格的铸棒流转到下一工序,不合格铸棒报废回炉;
S4、铸棒均匀化:将探伤合格的6061稀土铝合金铸棒同时放入均质炉内进行均质;
S5、铸棒切割:将规格φ254*5000mm的6061稀土铝合金铸棒切割成规格φ254*800mm棒料若干段,并做好标记,然后送至挤压工序;
S6、挤压:按照预先设定好的6061铝合金挤压工艺进行6061稀土铝合金棒料挤压,挤压过程中采用穿水冷却,挤压产品截面形状为矩形,规格100*60mm;
S7、定尺切割:切割成尺寸规格100*60*300mm的6061稀土铝合金方块;
S8、时效:将100*60*300mm的6061稀土铝合金方块同时放入时效炉内进行时效;
S9、拉伸试棒制作:根据GB/T 228.1制作6061稀土铝合金拉伸圆棒。
进一步优化技术方案,所述稀土合金中包括42.3~46.1份La和45.6~48.1份Ce。
进一步优化技术方案,所述步骤S4中的均质工艺为温度555±10℃,保温5小时。
进一步优化技术方案,所述步骤S8中时效工艺为180±5℃、保温时间10小时。
由于采用了以上技术方案,本发明所取得技术进步如下。
本发明提供的一种添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,制得的6061稀土铝合金,相比于不加稀土的6061铝合金,其抗高温老化性能得到明显的改善,而且稀土用量少,生产成本低,制得的铝合金抗高温老化性能稳定,在航空航天、汽车工业、军工等方面有着广阔的应用前景。本发明具有生产成本低、工艺简单,生产出的产品性能稳定的优点。
附图说明
图1为本发明中两种材料在150℃不同保温时间下产品的室温抗拉强度变化趋势图;
图2为本发明中两种材料在150℃不同保温时间下产品的室温抗拉强度衰减率变化趋势图;
图3为本发明中两种材料在150℃不同保温时间下产品的室温屈服强度变化趋势图;
图4为本发明中两种材料在150℃不同保温时间下产品的室温屈服强度衰减率变化趋势图;
图5为本发明中6061稀土铝合金铸棒的金相组织图;
图6为本发明中6061铝合金铸棒的金相组织图;
具体实施方式
添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,结合图1至图6所示,具体包括以下步骤:
S1、熔化:将90-96份铝锭放入加热炉中进行熔化、除渣、除气,并在除渣、除气、精炼过程中加入0.4~0.8份Si、0~0.7份Fe、0.15~0.4份Cu、0~0.15份Mn、0.8~1.2份Mg、0.04~0.35份Cr、0~0.25份Zn、0~0.15份Ti、0.06~0.065份稀土合金;然后进行精炼、静置;稀土合金中包括42.3~46.1%La和45.6~48.1%Ce。
S3、棒料探伤:采用自动探伤机进行6061稀土铝合金铸棒表面和内部质量探伤,合格的铸棒流转到下一工序,不合格铸棒报废回炉。
S4、铸棒均匀化:将探伤合格的6061稀土铝合金铸棒同时放入均质炉内进行均质;均质工艺为温度555±10℃,保温5小时。
S6、挤压:按照预先设定好的6061铝合金挤压工艺进行6061稀土铝合金棒料挤压,挤压过程中采用穿水冷却,挤压产品截面形状为矩形,规格100*60mm。
S7、定尺切割:切割成尺寸规格100*60*300mm的6061稀土铝合金方块。
S8、时效:将100*60*300mm的6061稀土铝合金方块同时放入时效炉内进行时效;时效工艺为180±5℃、保温时间10小时。
S9、拉伸试棒制作:根据GB/T 228.1制作6061稀土铝合金拉伸圆棒。
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1:
S1、熔化:将90份铝锭放入加热炉中进行熔化、除渣、除气,并在除渣、除气、精炼过程中加入0.6份Si、0.35份Fe、0.4份Cu、0份Mn、0.8份Mg、0.04份Cr、0.13份Zn、0.15份Ti、0.033份La、0.030份Ce;然后进行精炼、静置。
S3、棒料探伤:采用自动探伤机进行6061稀土铝合金铸棒表面和内部质量探伤,合格的铸棒流转到下一工序,不合格铸棒报废回炉。
S4、铸棒均匀化:将探伤合格的6061稀土铝合金铸棒同时放入均质炉内进行均质;均质工艺为温度545℃,保温5小时。
S6、挤压:按照预先设定好的6061铝合金挤压工艺进行6061稀土铝合金棒料挤压,挤压过程中采用穿水冷却,挤压产品截面形状为矩形,规格100*60mm。
S7、定尺切割:切割成尺寸规格100*60*300mm的6061稀土铝合金方块28块。
S8、时效:将28块规格100*60*300mm的6061稀土铝合金方块同时放入时效炉内进行时效;时效工艺为175℃、保温时间10小时。
S9、拉伸试棒制作:根据GB/T 228.1制作6061稀土铝合金拉伸圆棒共计28根。
实施例2-3:
实施例2-3与实施例1的区别在于,步骤S1中各部分金属的用量不同。实施例2中加入96份铝锭、0.8份Si、0份Fe、0.15份Cu、0.07份Mn、1.0份Mg、0.17份Cr、0.2份Zn、0.08份Ti、0.031份La、0.031份Ce。
实施例3中加入93份铝锭、0.4份Si、0.7份Fe、0.25份Cu、0.15份Mn、1.2份Mg、0.35份Cr、0份Zn、0.01份Ti、0.029份La、0.036份Ce。
对比例:
对比例与实施例1的区别在于,对比例中所用的金属不包括La、Ce。
在实施例1-3和对比例制得的拉伸圆棒中各取十四个产品,同时放入箱式退火炉内进行高温老化试验。高温老化工艺为:保持温度150℃不变,进行不同保温时间0h、100h、200h、400h、600h、800h、1000h的高温老化试验。
在高温老化实验的不同保温时间结束后,分别从实施例、对比例产品中各取一根,待冷却后进行产品力学性能的测试,对实施例1-3测试的结果取平均值,测试结果如下表:
表1:6061铝合金、6061稀土铝合金150℃不同保温时间力学性能实测值
从表1的实测结果,结合图1-4的抗拉强度和屈服强度变化趋势曲线来看,150℃不同保温时间下,6061铝合金、6061稀土铝合金力学性能总体呈下降趋势。6061铝合金抗拉强度和屈服强度一直下降,抗拉强度从0h的395MPa下降到1000h的352MPa,抗拉强度衰减11%,屈服强度从0h的381MPa下降到1000h的319MPa,屈服强度衰减16%;6061稀土铝合金的抗拉强度和屈服强度从0h到400h缓慢下降,从400h到800h,强度维持稳定,且400h到600h过程中强度还略有升高,当保温时间超过800h后,强度又开始缓慢下降,整个过程中6061稀土铝合金的抗拉强度和屈服强度都呈现缓慢下降的趋势,其中抗拉强度从0h的417MPa下降到1000h的391MPa,抗拉强度衰减6%,屈服强度从0h的392MPa下降到1000h的374MPa,屈服强度衰减5%。
此外,从表1的力学性能实测结果来看,高温老化试验前的力学性能,6061铝合金的抗拉强度为395MPa,屈服强度为381MPa,6061稀土铝合金的抗拉强度为417MPa,屈服强度为392MPa,抗拉强度提升5%,屈服强度提升3%。
取实施例1中制备的一根6061稀土铝合金拉伸圆棒和对比例中制备的一根6061铝合金拉伸圆棒分别检测金相组织,得到附图5、6。
本发明的6061稀土铝合金的主要组成元素为Al-Mg-Si-La-Ce。稀土元素在铝合金中除了具有除气、除杂、提高铸造流动性以外,还可以细化晶粒、提高室温强度。图5为6061铝合金铸棒的金相组织,图6为6061稀土铝合金铸棒的金相组织,对比图5和图6,可以看出:添加稀土元素后,铸棒的晶粒更细小。
Claims (4)
1.添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1、熔化:将90-96份铝锭放入加热炉中进行熔化、除渣、除气,并在除渣、除气、精炼过程中加入0.4~0.8份Si、0~0.7份Fe、0.15~0.4份Cu、0~0.15份Mn、0.8~1.2份Mg、0.04~0.35份Cr、0~0.25份Zn、0~0.15份Ti、0.06~0.065份稀土合金;然后进行精炼、静置;
S2、铸造:当铝合金熔液温度升温至750~800℃时进行浇铸,浇铸出规格φ254*5000mm的铝合金铸棒;
S3、棒料探伤:采用自动探伤机进行6061稀土铝合金铸棒表面和内部质量探伤,合格的铸棒流转到下一工序,不合格铸棒报废回炉;
S4、铸棒均匀化:将探伤合格的6061稀土铝合金铸棒同时放入均质炉内进行均质;
S5、铸棒切割:将规格φ254*5000mm的6061稀土铝合金铸棒切割成规格φ254*800mm棒料若干段,并做好标记,然后送至挤压工序;
S6、挤压:按照预先设定好的6061铝合金挤压工艺进行6061稀土铝合金棒料挤压,挤压过程中采用穿水冷却,挤压产品截面形状为矩形,规格100*60mm;
S7、定尺切割:切割成尺寸规格100*60*300mm的6061稀土铝合金方块;
S8、时效:将100*60*300mm的6061稀土铝合金方块同时放入时效炉内进行时效;
S9、拉伸试棒制作:根据GB/T 228.1制作6061稀土铝合金拉伸圆棒。
2.根据权利要求1所述的添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,其特征在于:所述稀土合金中包括42.3~46.1份La和45.6~48.1份Ce。
3.根据权利要求1所述的添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,其特征在于:所述步骤S4中的均质工艺为温度555±10℃,保温5小时。
4.根据权利要求1所述的添加稀土元素提高6061铝合金抗高温老化性能的方法,其特征在于:所述步骤S8中时效工艺为180±5℃、保温时间10小时。
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