一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法技术

一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法，属于变形铝合金制造领域，包括如下质量百分比的物质组成：5.0

【技术实现步骤摘要】
一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于变形铝合金制造领域，具体地说是一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天、汽车、3C和军工领域均有较为广泛的应用前景。同时，我国拥有大量铝资源，能够有效缓解各行各业对钢铁材料的迫切需求。铝合金的传统的形变方法主要有挤压、轧制、锻造和冲击等。其目的在于通过剧烈形变而实现材料组织均匀细化。较铸造铝合金材料，变形铝合金具有更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能。对于高性能稀土铝合金，虽然塑性变形能够提高合金力学性能，但是由于高性能稀土铝合金，虽然可以显著提高合金强度，但也会导致合金韧性急剧下降，进而降低合金塑性成形能力，限制稀土铝合金在工业中的广泛应用。如何在保持变形稀土铝合金超高力学性能的情况下，进一步提高合金延伸率成为一个现实的难题。
[0003]调控晶粒结构是一种非常有效的优化金属材料力学性能的方式。制备具有梯度晶粒结构的材料能够改善合金的变形机制，提升合金的综合性能。目前制备梯度组织的材料，主要是通过表面处理，如激光喷丸、干式喷涂+温度梯度烧结法、自蔓延高温合成法等。但这些方法或是工艺复杂或是设备要求高，虽然能够成功制备出具有梯度组织的材料，但是受到成本高、效率低以及产品尺寸受限等问题的限制，目前主要还是在实验室研究阶段，还较难实现广泛应用。对于铝合金而言，若在传统的制备工艺中实现梯度材料的制备，不仅能大大提升变形铝合金的综合力学性能，还有利于促进铝合金的进一步广泛应用。r/>
技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种具有梯度结构变形铝合金及其制备方法，用以解决现有技术中的缺陷。
[0005]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种具有梯度结构变形铝合金，包括如下质量百分比的物质组成：5.0
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7.0％的Zn，2.0
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3.0％的Mg，0.5
‑
1.0％的Cu，0.3
‑
0.6％的Er，和0.2
‑
0.5％的Cr，余量为Al和杂质。
[0007]如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金，所述的杂质为Fe和Si。
[0008]如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金，所述的杂质质量小于总质量的0.12％。
[0009]一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0010]步骤一：按比例称取并将纯铝、纯镁与Al
‑
20Zn中间合金、Al
‑
30Cu中间合金、Al
‑
20Er中间合金、Al
‑
20Cr中间合金，预热至150
‑
250℃；
[0011]步骤二：开启熔炼炉，待炉膛温度达到350
‑
400℃时，将纯铝放置坩埚中，将炉温升至690
‑
710℃，待纯铝熔化，升温至740
‑
760℃，加入纯镁与Al
‑
20Zn中间合金、Al
‑
30Cu中间合金、Al
‑
20Er中间合金、Al
‑
20Cr中间合金，熔融并混合均匀，形成熔体；将所述熔体静置
20min后，降温到690
‑
700℃，在保护气体条件下浇铸成锭，得到所述的铝合金铸锭；
[0012]步骤三：对步骤二制得的铸态铝合金在热处理炉中进行高温均匀化处理，升温速度50
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100℃/min，加热到450
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500℃，保温12
‑
24h，完成后将铸锭空冷至室温；
[0013]步骤四：将步骤三得到的铝合金铸锭加热至420
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460℃进行挤压处理，获得铝合金挤压棒材；
[0014]步骤五：对步骤四得到的铝合金棒材在热处理炉中进行时效处理，时效温度为150
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180℃，保温时间为8
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12h，然后冷却至室温；
[0015]步骤六：对步骤五得到的铝合金挤压棒材沿挤压方向进行6
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10％的预压缩变形处理；
[0016]步骤七：对步骤六得到的铝合金挤压棒材加热至400
‑
450℃后保温0.5
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2h，然后冷却至室温。
[0017]如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，所述的铝、镁的纯度为99.9％以上，所述的Al
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20Zn中间合金、Al
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30Cu中间合金、Al
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20Er中间合金、Al
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20Cr中间合金的纯度为99.5％以上。
[0018]如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，所述的步骤二中，浇铸保护气体为氩气。
[0019]如上所述的一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，所述的步骤四中，挤压温度430℃
‑
470℃，挤压比25:1，挤压速度2mm/s。
[0020]本专利技术的优点是：
[0021]1.本专利技术实施例所述的具有梯度结构变形铝合金，仅添加了少量较贵的稀土Er元素和微量的Cr、Er元素，通过对各元素添加量的调控，使合金的延伸率大幅度提高，而合金成本增加很少，适于工业应用；
[0022]2.本专利技术制备的梯度结构的变形铝合金，在挤压过程中，通过模具的多级变形结构，合金产生了梯度应变，具体表现为靠近模具表面的应变大，远离模具的应变小。同时，含Er合金具有较好的变形能力，在较高的温度下变形时，不需要完全再结晶即可发生塑性变形；且过饱和的Er元素，在挤压过程中会动态析出，产生钉扎作用，可以保留中心部分未再结晶区域。因此，在型材中心部分容易形成未再结晶的粗大变形晶粒，在型材表面则容易形成细小的等轴状细小晶粒。本专利技术通过成分设计和制备工艺的配合(需控制挤压模具形状、挤压工艺参数)，实现了在常规挤压中制备出梯度材料的目的。
[0023]3.通过简单的预热处理和热挤压变形复合工艺，在变形前合金基体内引入大量Al3Er相，改变合金变形过程中再结晶行为，调控混晶中再结晶和未再结晶比例，提高能够同时增加合金强度和韧性的细小再结晶数量，降低能够增加合金强度但减小合金韧性的粗大未再结晶数量，最终实现在牺牲较小合金屈服强度和抗拉强度的前提下，显著提高合金延伸率的目的，改善现有常规稀土铝合金合金高强低韧的现状。
[0024]4.本专利技术通过利用传统挤压工艺和铝合金组分的精准设计，实现了传统挤压过程中的梯度应变，制备得到具有典型的晶粒尺寸呈现梯度分布的铝合金材料，能够有效提升铝合金的力学性能、改善各向异性。本专利技术中的增韧工艺所用设备为正常铝合金加工中常用设备，加工周期短，操作简单，安全，有利于大规模工业化应用。
附图说明：
[0025]图1为实施例1制备铝合金型材的金相图。
[0026]图2为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有梯度结构变形铝合金，其特征在于：包括如下质量百分比的物质组成：5.0
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7.0％的Zn，2.0
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3.0％的Mg，0.5
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1.0％的Cu，0.3
‑
0.6％的Er，和0.2
‑
0.5％的Cr，余量为Al和杂质。2.根据权利要求1所述的一种具有梯度结构变形铝合金，其特征在于：所述的杂质为Fe和Si。3.根据权利要求1所述的一种具有梯度结构变形铝合金，其特征在于：所述的杂质质量小于总质量的0.12％。4.一种具有梯度结构变形铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：按比例称取并将纯铝、纯镁与Al
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20Zn中间合金、Al
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30Cu中间合金、Al
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20Er中间合金、Al
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20Cr中间合金，预热至150
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250℃；步骤二：开启熔炼炉，待炉膛温度达到350
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400℃时，将纯铝放置坩埚中，将炉温升至690
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710℃，待纯铝熔化，升温至740
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760℃，加入纯镁与Al
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20Zn中间合金、Al
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30Cu中间合金、Al
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20Er中间合金、Al
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20Cr中间合金，熔融并混合均匀，形成熔体；将所述熔体静置20min后，降温到690
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700℃，在保护气体条件下浇铸成锭...

【专利技术属性】
技术研发人员：王从昆，吕天丛，殷丽丽，张卫，马旭，
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：