本发明专利技术提供了一种Al‑RE‑Y‑Mg合金及其制备方法，所述合金化学成分质量百分比含量为：4～10％RE、0.3～4％Y、0.2～0.4％Mg,余量为Al和其他不可避免的杂质。其中，RE为La和Ce中的至少一种元素。本发明专利技术的Al‑RE‑Y‑Mg合金经压力铸造后，压铸态合金室温抗拉强度达到260MPa，延伸率11％；250℃下高温拉伸抗拉强度达到130MPa，延伸率19％；经重力铸造后，室温抗拉强度达145MPa，延伸率14％；导热系数178W/(m·K)，所述合金不需要后续的热处理便可使用，满足航空航天、军工、汽车等行业对轻量化发展的高端需求。
Al-re-y-mg alloy and its preparation
【技术实现步骤摘要】
Al-RE-Y-Mg合金及其制备方法
本专利技术属于工业用铝合金及其制造领域，涉及一种Al-RE-Y-Mg合金及其制备方法；尤其涉及一种适于压力/重力铸造的高强韧耐热压铸/高导热耐腐蚀的Al-RE-Y-Mg合金。
技术介绍
铝合金是以铝为基体的合金总称，具有密度小，强度较高的特点，具有优异的比强度。主要的合金体系有Al-Si系，Al-Cu系，Al-Mg系等。在交通，汽车，机械制造，航空航天领域有着广泛的应用。特别是耐热铝合金作为导线使用的铝合金则需要在保证良好的电导率和抗氧化能力的条件下，具有较好的耐热性，则有利于提高载流量降低损耗。使用在机械设备上的耐热铝合金，要求在相对较高的温度下保持良好的力学性能以及抗蠕变疲劳性能。在汽车工业上的应用，在服役过程中往往承受持续载荷和震动，这对零件的蠕变疲劳性能要求更高，所以具有特殊使用要求的铝合金的需求越来越高。稀土一直是铝合金中用于细化和强化的元素，中国专利技术专利201910683881.4(一种高强度铝合金)公开的一种高强度Al-Zn-Mg铝合金,如下百分含量的组分组成：5.3-5.7％Zn、2.2-2.6％Mg、1.3-1.8％Cu、0.2-0.5％Si、0.3-0.6％Fe、0.2-0.4％Mn、0.06-0.2％Cr、0.06-0.15％Ce/La、0.2-0.8％Ag、余量为Al。其中添加0.06～0.15wt％的La/Ce稀土，可以显著促进稀土强化相和弥散强化相的形成，改善铝合金中的析出相弥散析出特征，从而显著提高铝合金的抗压强度以及屈服强度。但是添加La/Ce稀土一般只是作为微合金化元素添加，不作为主元素添加，其添加量一般小于1wt％。中国专利技术专利ZL201610127881.2(一种高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法)中公开的一种稀土铝合金中间料,如下百分含量的组分组成：2.0％-2.5％Ce、2.0％-2.6％La、Sc≤1.5％，余量为Al。采用Sc与La/Ce稀土的混合，Sc主要作用于Al基体，热处理后形成Al3Sc纳米析出相，从而提升强度。目前仍存在以下问题，其中添加不超过1.5wt％的Sc作为增加其强度和保持延伸率的方法，由于Sc元素价格昂贵，不适用于工业生产和大批量使用；另一方面，这种稀土铝合金作为中间合金添加，不用来作为合金使用。汽车轻量化中，使用最多的是铝硅合金，目前已经广泛用于生产发动机缸体和缸盖及轮毂等零件，代表的合金为A354、A356和A380。压铸对比于普通重力铸造，其冲型速度较快，生产率高，易于实现机械化和自动化，成型复杂的薄壁件。其次压铸件尺寸精度高，表面粗糙度小，后续的机加工较少或者不需要机加工。在汽车行业中，关键结构件90％以上使用的是适合压铸的A380合金。这是由于其良好的流动性和较优异的强韧性。但是Al-Si体系合金在200℃及以上时其力学性能，蠕变疲劳性能急速下降，无法满足正常的使用。以La/Ce为主元素的Al-RE体系合金中，其主要相为Al11RE3相，其高温稳定性远高于Si相，且同样具有优异的流动性。中国专利技术专利201910650876.3(一种近共晶型高强耐热Al-Ce系铝合金及制备方法)公开了一种近共晶型高强耐热Al-Ce系铝合金成分：Ce5.00％～15.00％、Fe0.01～5.00％、Mg0.10％～1.20％、Si0.05％～1.00％、Cu0.001％～5.00％。其抗拉强度达到440MPa以上；在300℃时，所述铝合金的抗拉强度达到250MPa以上。目前仍存在以下问题：其使用的工艺是连铸连轧或者快速凝固。这种工艺生产成本较高，生产周期长，且不能生产大型件和复杂件。国际专利技术专利WO2017/007908A1(可铸造高温Ce-变质的铝合金)中提到的可铸造高温Ce-变质的铝合金，公开了包含由Ce或La组成X元素的铝合金，X含量5-30wt％，形成Al11X3析出相，公开的成分包括Al-8Ce,Al-10Ce,Al-12Ce,其屈服强度都介于(6.2-8.5ksi或者43-59MPa)，延伸率>8％，Al-6Ce屈服强度28-40MPa，Al-16Ce屈服强度68-70MPa，延伸率仅为2.0-2.5％，Al-12Ce-0.4Mg屈服强度76-79MPa,延伸率仅为2.5-6.0％，Al-12Ce-0.25Zr屈服强度45MPa,Al-12Ce-1.3Ti屈服强度43-47MPa，这些结果与其发表的论文结果相吻合(Z.C.Sims,D.Weiss,S.K.McCall,etal.,Cerium-Based,Intermetallic-StrengthenedAluminumCastingAlloy:High-VolumeCo-productDevelopment,JOM68(7)(2016)1940-1947.)目前仍存在以下问题：Ce与La混和形成的RE和Al产生的Al11RE3相形貌为板条状，尺寸比较粗，导致Al-RE合金力学性能很低，屈服强度不超过90MPa。RE和Al产生的Al11RE3相容易发生偏析，产生严重的偏聚现象，形成粗大的初生相，严重影响其性能，特别是延伸率，其中Al-16Ce的延伸率仅为2-2.5％。添加0.4wt％的Mg之后提高屈服强度大约20MPa，但是其延伸率由8.5％降低至6.0％，同时如果添加过量的Mg导致凝固区间迅速增大和熔体氧化，严重降低铸造性能。同时添加常规的细化剂Zr和Ti对屈服强度几乎没有提升。中国专利技术专利201910434413.3(一种高强韧非热处理强化压铸铝合金及其制备方法)中提到的高强韧非热处理强化压铸铝合金，公开了一种铝合金其成分含量RE:7～10wt％，Mg:0.05～0.5％，Ti:0.05～0.1％。铸态下屈服强度大于150MPa，抗拉强度大于200MPa，延伸率大于10％。目前仍存在以下问题：RE和Al产生的Al11RE3相容易发生偏析，产生严重的偏聚现象，形成粗大的初生相，严重影响其性能。添加少量的Mg对屈服强度的提升介于固溶强化和析出强化之间，即5-20MPa之间。轻合金的经典书籍给出的Mg固溶强化对屈服强度的贡献约5-15MPa(I.J.Polmear,LightAlloys:FromTraditionalAlloystoNanocrystals,4thedition,Butterworth-Heinemann,2006,421.第32页)。而对比其给出的实例2(成分Al-4Ce-4La-0.25Mg-0.1Ti，屈服强度165MPa)和实例5(成分Al-4Ce-4La-0.5Mg-0.1Ti，屈服强度170MPa)，添加Mg对屈服强度提升也仅有5MPa。单独添加Ti元素不容易形成Al3Ti作为非均质型核，通过细化对屈服性能的提升不明显。对比其给出的实例1(成分Al-8Ce-0.25Mg-0.1Ti，屈服强度174MPa)和实例5(成分Al-5Ce-5La-0.1Mg-0.1Ti，屈服强度190MPa)，可以发现添加额外1％RE稀土对屈服强度的贡献约10MPa(考虑实例1性能包含了Mg对屈服强度的贡献)。进一步对比实例2(成分Al-4Ce-4L本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Al-RE-Y-Mg合金，其特征在于，由按质量百分比计的如下元素组成：4～10％RE、0.3～4％Y、0.2～0.4％Mg，余量为Al元素和不可避免杂质元素。/n
【技术特征摘要】
1.一种Al-RE-Y-Mg合金，其特征在于，由按质量百分比计的如下元素组成：4～10％RE、0.3～4％Y、0.2～0.4％Mg，余量为Al元素和不可避免杂质元素。
2.如权利要求1所述的Al-RE-Y-Mg合金，其特征在于，由按质量百分比计的如下元素组成：8～10％RE、0.3～4％Y、0.2～0.4％Mg，余量为Al元素和不可避免杂质元素。
3.如权利要求1或2所述的Al-RE-Y-Mg合金，其特征在于，所述RE为Ce和La中的一种或两种的组合。
4.一种如权利要求1～3中任一项所述的Al-RE-Y-Mg合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
S1、按所述Al-RE-Y-Mg合金成分及化学计量比，计算所需铝锭、镁锭、Al-RE中间合和Al-Y中间合金的用量；
S2、待铝锭全部熔化后，升温至740～760℃，将Al-RE中间合金和Al-Y中间合金加入，并保持温度恒定在740～760℃，搅拌直至全部熔化；
S3、待中间合金全部熔化后，降温至700～710℃，将镁锭加入，并保持温度恒定在700～710℃，搅拌直至全部熔化，并保温25～35分钟；
S4、加入精炼剂进行精炼后，将炉温升至745～755℃保温静置10～20分钟促进夹杂沉降，得到铝合金熔体；
S5、将所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶兵，王立扬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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