一种高强耐热铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，提供了一种高强耐热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分：Ce 12.0～16.0％，Sc 0.30～0.80％，Zr 0.15～0.32％和余量的Al；其中，Sc和Zr的质量比为(2～3)：1。本发明专利技术中的Ce可与Al形成具有良好耐热性的Al

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐热铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种高强耐热铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金因有高的比强度、耐腐蚀性和导热性而广泛用于诸如航空航天、核能等国家战略领域以及与民生息息相关的交通运输领域，而由于飞行器、高铁、汽车等对结构重量极为敏感，因此高性能轻质铝合金材料是实现其轻量化的重要途径。然而大量商用铝合金虽然在室温服役时具有高强的优势，但绝大部分轻质合金的这一优势难以在300℃以上的中
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高温区间保持。
[0003]现有技术CN111893353A公开了一种高强耐热铝合金材料，组成包括Si：6.0～8.0％，Fe：1.5％～2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01～0.03％，Sr：0.01～0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al，制得的高强耐热铝合金材料的室温抗拉强度为325MPa，而350℃抗拉强度则降为190MPa，难以在300℃以上的中
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高温区间仍保持良好的高温强度。因此，需要进一步提高铝合金的高温性能，以满足各个行业对铝合金材料300℃以上高温下长期工作且不发生蠕变的性能要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强耐热铝合金及其制备方法，本专利技术提供的高强耐热铝合金具有优异的耐热性能，在高温下仍能保持良好的强度，350℃抗拉强度可达287MPa。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种高强耐热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分：Ce 12.0～16.0％，Sc 0.30～0.80％，Zr 0.15～0.32％和余量的Al；其中，Sc和Zr的质量比为(2～3)：1。
[0007]优选地，按质量百分比计，所述高强耐热铝合金包括以下组分：Ce 13.0～14.0％，Sc 0.35～0.50％，Zr 0.15～0.18％和余量的Al。
[0008]优选地，所述高强耐热铝合金的相组成包括Al
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Ce3相、Al3(Sc，Zr)相和α
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Al/Al
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Ce3共晶团。
[0009]优选地，所述Al
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Ce3相的直径为2.5～7.5μm，所述Al3(Sc，Zr)相的直径为5～20nm，所述α
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Al/Al
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Ce3共晶团的直径为3～6μm，共晶团中Al
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Ce3的板条宽度为50～150nm，板条间距为100～150nm。
[0010]本专利技术提供了上述技术方案所述高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)将合金原料依次进行熔化和精炼，得到合金熔体；
[0012](2)将所述步骤(1)得到的合金熔体进行浇注，得到合金铸锭；
[0013](3)将所述步骤(2)得到的合金铸锭进行时效处理，得到高强耐热铝合金。
[0014]优选地，所述步骤(1)中的合金原料包括金属铝、Al
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Ce中间合金、Al
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Sc中间合金
和Al
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Zr中间合金。
[0015]优选地，所述步骤(1)中熔化的温度为780～820℃，熔化的时间为20～60min。
[0016]优选地，所述步骤(1)中精炼的温度为750～800℃，精炼的时间为5～10min。
[0017]优选地，所述步骤(1)中精炼的气氛为氩气，所述氩气的流量为0.45～0.60m3/h。
[0018]优选地，所述步骤(3)中时效处理的温度为350～400℃，时效处理的时间为5～20h。
[0019]本专利技术提供了一种高强耐热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分：Ce 12.0～16.0％，Sc 0.30～0.80％，Zr 0.15～0.32％和余量的Al；其中，Sc和Zr的质量比为(2～3)：1。本专利技术以Al
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Ce合金为基础，通过添加Sc和Zr，并控制添加量，提高了铝合金材料的高温性能，得到了一种高强耐温铝合金。本专利技术以Al
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Ce合金为基础，Ce可与Al形成Al
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Ce3相，该相在接近共晶温度时几乎不分解，具有良好的耐热性；通过添加Sc元素与Al生成耐热的Al3Sc金属间化合物来提高铝合金的耐热性能，并且该化合物会阻碍Ce原子的迁移，进而阻止Al
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Ce3相的长大，细化合金组织；通过添加Zr取代Al3Sc中的部分Sc形成Al3(Sc，Zr)相，既保持了Al3Sc的全部有益作用，又比Al3Sc在高温下的聚集倾向小得多，进一步提高了合金高温下的力学性能，而控制Sc和Zr的质量比为(2～3)：1，有利于Al3(Sc，Zr)相的形成。实施例的结果显示，本专利技术提供的高强耐热铝合金的室温抗拉强度为342MPa，350℃抗拉强度为287MPa。
[0020]本专利技术提供的高强耐热铝合金的制备方法工艺简单、成本低。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的高强耐热铝合金在室温下的SEM图；
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的高强耐热铝合金在室温下的TEM图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种高强耐热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分：Ce 12.0～16.0％，Sc 0.30～0.80％，Zr 0.15～0.32％和余量的Al；其中，Sc和Zr的质量比为(2～3)：1。
[0024]按质量百分比计，本专利技术提供的高强耐热铝合金包括Ce 12.0～16.0％，优选为13.0～14.0％。在本专利技术中，所述Ce元素可与Al形成Al
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Ce3相，该相在接近共晶温度时几乎不分解，具有良好的耐热性，有利于提高合金的耐热性能。本专利技术将所述Ce元素的含量控制在上述范围，一方面有利于改善合金的铸造性能；另一方面，足量的Ce可与Al形成Al
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Ce3初生相，达到共晶温度后，初生相又可与铝基体生成刚性迷宫状片层分布的α
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Al/Al
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Ce3共晶团，而这两种类型的Al
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Ce3相均具有良好的耐热性能，有利于提高合金的耐热性能。
[0025]按质量百分比计，本专利技术提供的高强耐热铝合金包括Sc 0.30～0.80％，优选为0.35～0.50％，更优选为0.35～0.45％。在本专利技术中，所述Sc元素可与Al生成Al3Sc金属间化合物，该相能优先于Al
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Ce3初生相生成，因此在后续生成Al
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Ce3相时，会阻碍Ce原子的迁移并抑制Al
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Ce3相的长大并进一步减小Al
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Ce3相各晶面界面能的差值，使相的各个生长晶面同时向多维方向发展，从而获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分：Ce 12.0～16.0％，Sc 0.30～0.80％，Zr 0.15～0.32％和余量的Al；其中，Sc和Zr的质量比为(2～3)：1。2.根据权利要求1所述的高强耐热铝合金，其特征在于，按质量百分比计，所述高强耐热铝合金包括以下组分：Ce 13.0～14.0％，Sc 0.35～0.50％，Zr 0.15～0.18％和余量的Al。3.根据权利要求1或2所述的高强耐热铝合金，其特征在于，所述高强耐热铝合金的相组成包括Al
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Ce3相、Al3(Sc，Zr)相和α
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Al/Al
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Ce3共晶团。4.根据权利要求3所述的高强耐热铝合金，其特征在于，所述Al
11
Ce3相的直径为2.5～7.5μm，所述Al3(Sc，Zr)相的直径为5～20nm，所述α
‑
Al/Al
11
Ce3共晶团的直径为3～6μm，共晶团中Al
11
Ce3的板条宽度为50～150nm，板条间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶洁云，管仁国，戴琨，陈继强，何昌伟，汪志刚，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：