抑制铝合金再结晶的合金化方法技术

本发明专利技术提供了一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，该合金化方法只含有Al、Ti、Zr三种合金元素，不含贵金属，成本较低；熔体是在高纯氩气保护的真空环境下经高频电磁震荡处理获得的，合金杂质及气孔含量极少，各组元在合金中分布均匀弥散；同时，Ti、Zr元素在后续合金的热加工过程中会以细小而高度弥散的Al3Zr、Al3(Ti, Zr)第二相粒子形式析出，这些弥散的第二相粒子热稳定性好，能有效的钉扎变形组织中的位错和亚晶界，对合金的再结晶过程具有强烈的抑制作用，即所得的合金具有强烈的抗再结晶能力，使变形组织状态得到很好的保持。所述制得的合金化后的铝合金是Ti，Zr高饱和度的固溶态合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抑制铝合金再结晶的合金化方法。
技术介绍
铝合金是工业生产中应用最为广泛的一类有色金属材料，以独特的性能特点在航空航天、汽车船舶、电工电子等领域得到了广泛应用。通过塑性加工(主要是压力加工)使铝合金产生塑性变形是获得所需形状、尺寸、组织和性能的一种重要加工手段。塑性成形将产生加工硬化，让合金的强度、硬度得到显著的提高；同时，纤维组织的形成使合金的组织和性能达到各向异性，从而满足铝合金在工业生产中的不同需求。例如，锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力；曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂。这些特殊的使用情况下，需要合金能够很好的保持高的耐磨性和组织的各向异性，且有效的避免合金在后续使用过程中发生再结晶转变。目前，通过合金化的方法来抑制合金的再结晶，是保持塑性变形组织并发挥组织和性能各向异性最快捷有效的途径之一。Ti元素是铝合金较为常见的一种合金元素，它能对铝合金产生良好的晶粒细化作用，但这种细化效果并不稳定，细化长效性差，且当Ti的含量及熔体的温度控制不当时，会造成Ti元素分布的不均匀并导致Al3Ti形核粒子的粗化和沉淀，对合金的性能产生不利的影响；同时，研究还证实Ti元素对合金再结晶未能起到很好的抑制作用。为了解决上述问题，研究者们试图在含Ti铝合金中加入微量的稀土Sc，结果发现，Sc的加入显著改善了Ti元素分布的均匀性，并有效避免了形核核心Al3Ti的粗化和偏聚现象；同时Sc能与Ti元素结合形成Al3(Sc,Ti)粒子，该粒子不仅能充当基体的有效形核核心，而且对合金的再结晶具有强烈的抑制作用。但是研究者也发现，虽然在Sc，Ti复合合金化能有效改善及避免第二相粒子的粗化和偏聚，充分发挥Ti的晶粒细化作用并有效抑制合金的再结晶，但稀土Sc的价格十分昂贵，即使添加微量的Sc元素也会很大程度增加合金的成本，因此很大程度制约了含Sc铝合金的应用和推广，目前含Sc铝合金尚停留在实验性的研究阶段，还未投入工业生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，能够抑制铝合金的再结晶，保持合金原有的变形组织状态。为解决上述问题，本专利技术提供一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，包括：分别按Ti0.1%～0.3%、Zr0.1%～0.3%、余量为Al的质量百分比，称取Al-10Ti、Al-10Zr的中间合金及高纯铝作为配料；将配料放入真空高频电磁震荡电弧炉内，将炉内抽至真空形成熔炼真空室，然后向所述熔炼真空室内通入高纯氩气，再将炉温设置为第一预定温度，待配料全部熔化后将配料进行高频电磁震荡处理，将配料在第二预定温度下保温预定的时间；所述预定的时间后，将配料浇入水冷铜模中，得到合金化后的铝合金即铸锭。进一步的，在上述方法中，将炉内抽至真空形成熔炼真空室的步骤中，将炉内真空度抽至6×10-2Pa～8×10-3Pa。进一步的，在上述方法中，向所述熔炼真空室内通入高纯氩气的步骤中，向熔炼真空室内通入的高纯氩气的量为0.06～0.08MPa。进一步的，在上述方法中，所述第一预定温度为740℃。进一步的，在上述方法中，所述第二预定温度为720℃。进一步的，在上述方法中，分别按Ti0.1%～0.3%、Zr0.1%～0.3%、余量为Al的质量百分比，称取Al-10Ti、Al-10Zr的中间合金及高纯铝作为配料的步骤中，每1000g配料中Al-10Ti、Al-10Zr的中间合金的总质量为3g。进一步的，在上述方法中，将配料在第二预定温度下保温预定的时间的步骤之前，还包括：用金属钟罩将已用铝箔包裹且预热的六氯乙烷压入配料中，并不断搅拌所述配料。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、Ti，Zr复合合金化时，Ti，Zr能在基体中均匀弥散的分布，凝固后会形成Ti，Zr在基体中高饱和度的固溶体合金；在后续的热加工过程中高饱和度的Ti，Zr原子会以大量细小而弥散的Al3Zr及Al3(Ti,Zr)粒子的形成析出，这些粒子不仅具有很高的热稳定性，同时能有效的钉扎变形组织中的位错和亚晶界，从而能够强烈的抑制合金的再结晶，使合金的变形组织得到很好的保持。2、本专利技术方法是在高纯氩气保护的真空环境下经高频电磁震荡处理得到的Ti，Zr复合合金化试样，气体及杂质含量少，且Ti，Zr元素在基体中的分布均匀弥散，便于在后续热加工过程中第二相粒子的弥散析出。3、该合金化方法是由Al、Ti、Zr三种元素组成的，不含贵金属，其成本较低，且在合金化过程中烧损小，稳定性好。同时，具有制备成本低，工艺简单，可以实现产业化生产的优点。附图说明图1是本专利技术实施例一制得的Al-Ti-Zr合金430℃热轧后的X-射线衍射图；图2是本专利技术对比例一在150～400℃内每隔50℃进行1h再结晶退火处理时的微观组织图；图3是本专利技术对比例二在150～350℃内每隔50℃进行1h再结晶退火处理时的微观组织图；图4是本专利技术实施例一在150～500℃内每隔50℃进行1h再结晶退火处理时的微观组织图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术提供一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，包括：步骤S1，配料：分别按Ti0.1%～0.3%、Zr0.1%～0.3%、余量为Al的质量百分比，称取Al-10Ti、Al-10Zr的中间合金及高纯铝作为配料；具体的，过渡元素Zr一直以来也是铝合金中较为常见的一种合金元素，它在铝熔体中形成的Al3Zr粒子不仅能对合金的晶粒起到良好的细化作用，而且可以显著降低合金的淬火敏感性，有效抑制了合金的再结晶，提高了合金的热稳定性。同时，Zr与稀土Sc同属于相邻的过渡族元素，二者的物理和化学性质十分相似，既然Sc和Ti复合添加能显著改善了Ti元素分布的均匀性，并有效避免形核核心Al3Ti的粗化和偏聚现象，而且对合金的再结晶具有强烈的抑制作用。那么采用与稀土Sc物化性质相似的Zr元素代替Sc，与Ti复合添加，应该也能对合金产生相似的效果，因此，本专利技术在高纯铝中复合添加特定含量的Zr，Ti元素来有效的抑制合金再结晶，希望为高强度低成本铝合金再结晶的抑制设计提供一条新的途径；步骤S2，真空环境下高频电磁震荡熔炼：将配料放入真空高频电磁震荡电弧炉内，将炉内抽至真空形成熔炼真空室，然后向所述熔炼真空室内通入高纯氩气，再将炉温设置为第一预定温度，待配料全部熔化后将配料进行高频电磁震荡处理，将处理后的配料在第二预定温度下保温预定的时间；步骤S3，快速浇注制得合金化后的合金：所述预定的时间后，将配料浇入水冷铜模中，得到合金化后的铝合金即铸锭。以此，在高纯氩气保护的真空环境下对熔体进行高频电磁震荡处理制得合金化后的铝合金。本专利技术的优点是：该合金化方法只含有Al、Ti、Zr三种合金元素，不含贵金属，成本较低；熔体是在高纯氩气保护的真空环境下经高频电磁震荡处理获得的，合金杂质及气孔含量极少，各组元在合金中分布均匀弥散；同时，Ti、Zr元素在后续合金的热加工过程中会以细小而高度弥散的Al3Zr、Al3(Ti,Zr)第二相粒子形式析出，这些弥散的第二相粒子热稳定性好，能有效的钉扎变形组织中的位错和亚晶界，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，其特征在于，包括：分别按Ti 0.1%～0.3%、Zr 0.1%～0.3%、余量为Al的质量百分比，称取Al‑10Ti、Al‑10Zr的中间合金及高纯铝作为配料；将配料放入真空高频电磁震荡电弧炉内，将炉内抽至真空形成熔炼真空室，然后向所述熔炼真空室内通入高纯氩气，再将炉温设置为第一预定温度，待配料全部熔化后将配料进行高频电磁震荡处理，将配料在第二预定温度下保温预定的时间；所述预定的时间后，将配料浇入水冷铜模中，得到合金化后的铝合金即铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种抑制铝合金再结晶的合金化方法，其特征在于，包括：分别按Ti0.1%～0.3%、Zr0.1%～0.3%、余量为Al的质量百分比，称取Al-10Ti、Al-10Zr的中间合金及高纯铝作为配料；将配料放入真空高频电磁震荡电弧炉内，将炉内抽至真空形成熔炼真空室，然后向所述熔炼真空室内通入高纯氩气，再将炉温设置为第一预定温度，待配料全部熔化后将配料进行高频电磁震荡处理，将配料在第二预定温度下保温预定的时间；所述预定的时间后，将配料浇入水冷铜模中，得到合金化后的铝合金即铸锭。2.如权利要求1所述的抑制铝合金再结晶的合金化方法，其特征在于，将炉内抽至真空形成熔炼真空室的步骤中，将炉内真空度抽至6×10-2Pa～8×10-3Pa。3.如权利要求1所述的抑制铝合金再结晶的合金化方法，其特征在于，向所述熔炼真空室内通入高纯氩气的步骤中...

【专利技术属性】
技术研发人员：余爱武，杨成刚，顾丹，顾华洋，胡蓝，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂，
类型：发明
国别省市：上海;31