一种耐热稀土铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐热稀土铝合金及其制备方法，主要涉及合金技术领域。一种耐热稀土铝合金，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。制备方法为各组分经过加热熔化，浇铸和热处理。本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术的稀土铝合金Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Gd‑Nd具有良好的综合力学性能，经固溶处理和时效处理后具有强度高、塑性好，各项性能相对稳定的特点，能够满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的要求。

A heat resistant rare earth aluminum alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐热稀土铝合金及其制备方法
本专利技术主要涉及合金
，具体是一种耐热稀土铝合金及其制备方法。
技术介绍
铝是轻质的金属结构材料，在航空航天、军工、汽车等领域应用日益增多，但铝合金的强度和耐热性欠佳严重影响其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用，因此提高铝合金的强度和耐热性能是发展铝合金材料的重要课题。现有的耐热铝合金的开发主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，引入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和组织形态等手段来提高铝合金强度和耐热性。中国的稀土资源丰富，稀土铝合金的研究近年来不断增多和深入。到目前为止，在稀土铝合金的设计、制备和应用过程中仍存在许多不足之处：首先，稀土元素的含量对最终的稀土铝合金的各项性能影响较大，难以控制。过少的稀土量不足以提高合金的耐热性，过高的稀土量会由于稀土与氧、氢反应生成夹杂，在铸造过程中易产生热裂。其次，可供选择的稀土元素较多，而且多种稀土元素之间的相互作用较为复杂。目前可供选择的实际应用的耐热稀土铝合金种类较少，其高温性能不能完全满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的要求。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种耐热稀土铝合金及其制备方法，本专利技术的稀土铝合金Al-Zn-Mg-Cu-Gd-Nd具有良好的综合力学性能，经固溶处理和时效处理后具有强度高、塑性好，各项性能相对稳定的特点，能够满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的要求。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种耐热稀土铝合金，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。优选的，一种耐热稀土铝合金，其组分中所述Nd和Gd的质量百分比之和为0.4~0.7%。优选的，所述一种耐热稀土铝合金的金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al2Mg3Zn3+β-Al2Cu)组成。一种耐热稀土铝合金的制备方法，包括如下步骤：①将作为原料的纯Al、纯Zn、纯Cu和中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd按上述比例配比并预热；②将铝、锌、铜和镁加热熔化后，在700~720℃加入中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd，并保持该温度；③当物料全部熔化后，将温度升至750~770℃后停止加热；④待温度降至680~710℃时进行浇铸，得到铸态铝合金；⑤将铸态铝合金进行热处理后得到一种耐热稀土铝合金。优选的，步骤①所述的预热温度为120~150℃。优选的，步骤④所述的浇铸还需将模具预热至200~250℃。优选的，步骤⑤所述的热处理方法为：将得到的铸态铝合金依次进行固溶处理和时效处理。优选的，所述的固溶处理的处理温度为450~550℃，处理时间为6~16小时；所述的时效处理的处理温度为150~250℃，处理时间为12~24小时。优选的，一种耐热稀土铝合金的制备方法制备的铝合金，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。对比现有技术，本专利技术的实质效果是：本专利技术稀土铝合金的组分为Al-Zn-Mg-Cu-Gd-Nd。目前，稀土元素是提高铝合金耐热性能最有效的合金元素，稀土元素在铝合金中除了具有除气、除杂、提高铸造流动性、耐蚀性能以外，大部分稀土元素在铝中还具有较大的固溶度，而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到过饱和铝合金固溶体，在人工时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土相。稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界主要是晶界的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，提高铝合金的高温强度。同时，稀土元素在铝基体中的扩散速率较慢，这使得稀土铝合金适于在较高温度环境下长期工作。本专利技术采用的重稀土Gd在铝中的最大固溶度为0.82%，是稀土元素中固溶度较大的元素。在铝-稀土二元合金中，Al-Gd合金的高温强度与蠕变性能表现最显著，合金中的析出平衡相是Al2Gd，具有较高的熔点，对铝合金的室温及高温力学性能产生较好的强化效果；铝合金中加入的Nd元素能与主强化元素Gd产生协同作用，使得主强化元素对铝合金的室温及高温力学性能产生更好的强化效果。锌、镁和铜是铝合金中重要的合金元素，锌、镁在铝基体中有较大的固溶能力，固溶度分别为12.7wt%、8.3wt%，在铝基体中加入锌、镁元素后形成β-Al2Mg3Zn3、β-Al2Cu相，并以离异共晶的形式存在，锌、镁和铜在铝合金中起到强化作用主要体现在两个方面，一是通过形成β-Al2Mg3Zn3、β-Al2Cu相的第二相强化，二是锌、镁原子在铝基体中的固溶强化。但是含量过高的β-Al2Mg3Zn3、β-Al2Cu相会影响铝合金的耐热性，因此在铝合金中的锌、镁含量控制在6wt%以下，然而含量过低的锌、镁会损害铝合金的铸造性能，锌、镁的含量不应低于5wt%。基于此，本专利技术的有益效果为：本专利技术的稀土铝合金Al-Zn-Mg-Cu-Gd-Nd的具有良好的综合力学性能，经固溶处理和时效处理后具有强度高、塑性好，各项性能相对稳定的特点，室温抗拉强度＞600MPa，延伸率＞10%，150℃的抗拉强度＞560MPa，延伸率＞16%，200℃的抗拉强度＞530MPa，延伸率＞18%，250℃的抗拉强度＞460MPa，延伸率＞22%，能够满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的要求。附图说明附图1是本专利技术实施例1稀土铝合金的时效试样图片；附图2是本专利技术对比例1稀土铝合金的时效试样图片；附图3是本专利技术对比例2稀土铝合金的时效试样图片。具体实施方式结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。如图1-3所示，本专利技术所述一种耐热稀土铝合金，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。优选的，一种耐热稀土铝合金，其组分中所述Nd和Gd的质量百分比之和为0.4~0.7%。优选的，所述一种耐热稀土铝合金的金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al2Mg3Zn3+β-Al2Cu)组成，合金的平均晶粒尺寸为40-50μm。一种耐热稀土铝合金的制备方法，包括如下步骤：①将作为原料的纯Al、纯Zn、纯Cu和中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd按上述比例配比并预热；纯Al、纯Zn、纯Cu的纯度为99.9%，中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd的纯度为99.5%；②将铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐热稀土铝合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐热稀土铝合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：5~6%Zn；2~3%Mg；1~2%Cu；0.3~0.5%Gd；0.1~0.2%Nd；杂质元素总量小于0.1%，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的一种耐热稀土铝合金，其特征在于：其组分中所述Nd和Gd的质量百分比之和为0.4~0.7%。


3.根据权利要求1所述的一种耐热稀土铝合金，其特征在于，所述一种耐热稀土铝合金的金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al2Mg3Zn3+β-Al2Cu)组成。


4.一种耐热稀土铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①将作为原料的纯Al、纯Zn、纯Cu和中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd按上述比例配比并预热；
②将铝、锌、铜和镁加热熔化后，在700~720℃加入中间合金Mg-30Gd、Mg-25Nd，并保持该温度；
③当物料全部熔化后，将温度升至750~770℃后停止加热；
④待温度降至680~710℃时进行浇铸，得到铸态铝合金；
⑤将铸态...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋来智，程仁寨，隋信磊，马旭，张小刚，王兆斌，陈吉龙，郑卓阳，
申请(专利权)人：山东南山铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37