一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于铝合金加工制备技术领域，具体涉及一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金及其制备方法。本发明专利技术高强度高塑性铸造Al

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝合金加工制备
，具体涉及一种低成本高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、舰船及交通运输等领域对铝合金性能的要求越来越高，传统Al
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Mg系合金已不能满足实际工程结构件的使用需求。Sc被认为是迄今为止提高Al合金性能的最有效元素，加入Sc元素形成的Al
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Mg
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Sc合金不仅保持了Al
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Mg合金良好的耐蚀能力和焊接性能的优点，而且提高了强度，克服了受热易软化的缺点，在航空、航天、石油、化工、电子、汽车和机械制造中得到了广泛应用。Al
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Mg
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Sc合金在凝固过程中形成初生Al3Sc颗粒，对合金起到显著的细晶强化、弥散强化的作用。然而，Sc作为稀土元素，价格非常昂贵。同时添加微量元素Sc和Zr，可减少Sc的添加量，降低成本。其中，合理控制Sc/Zr元素比例、制备工艺简单、低成本化是高性能铝镁钪锆合金工业化生产的关键。目前Al
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Mg
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Sc系合金的制备方法有传统重力铸造、水平单带铸造(HSBC)、选择性激光铸造技术等。CN201811272589.5专利中公开了“一种用于增材制造的Al
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Mg
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Mn
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Sc
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Zr铝合金粉末及其制备方法”，成分为Al
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5Mgr/>‑
1Mn
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0.5Sc
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0.25Zr，最佳Sc:Zr质量比为2:1。该合金经中频炉真空氩气熔炼、雾化成粉末、增材制造后，沉积态试样的拉伸强度为450MPa，热处理后试样的拉伸强度为530MPa。但该方法工艺复杂、制作成本高、不适于大型构件规模化生产。“Analysis and Evaluation of Novel Al
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Mg
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Sc
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Zr Aerospace Alloy Strip Produced Using the Horizontal Single Belt Casting(HSBC)Process”文章中Sc的添加含量高达0.6％，使用水平单带铸造方法制备的合金抗拉强度为269MPa，屈服强度为164MPa，塑性仅为9％。CN201410208158.8专利中公开了“含Zr与稀土Sc复合的ZL铝镁合金(Al
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10Mg)及其制备方法”，合金成分为Al
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10Mg
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2.5Sc
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2.5Zr(％)，采用传统熔炼制备技术得到的合金抗拉强度仅为220MPa，延伸率仅为4.1％；经固溶处理后，合金抗拉强度为270MPa，延伸率为6.5％。因此，上述方法仍未实现Al
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Mg
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Sc合金强度、塑韧性和经济性的最佳匹配。

技术实现思路

[0003]针对铸造铝镁钪合金强度塑性综合力学性能不足的问题，本专利技术提供了一种低成本高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金及其制备方法。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0005]一种铝镁锰钪锆合金，所述铝镁锰钪锆合金中各元素质量百分比为：Mg 5.3～6.3％，Mn 0.2～0.6％，Sc 0.15～0.25％，Zr 0.10～0.25％，余量为Al，杂质含量≦0.1％。
[0006]进一步，所述铝镁锰钪锆合金在室温下的屈服强度、抗拉强度分别可达到167.72MPa、288.15MPa，伸长率可达到21.54％。
[0007]优选的，所述高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金的原料包括Al块、Mg块、Al
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20Mn、Al
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2Sc、Al
‑
5Zr中间合金。
[0008]更优选的，所述的Al块、Mg纯度为99.98％。
[0009]一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金的制备方法，在惰性气体保护下，先将Al块在740℃～760℃下保温30min，待Al块完全熔化后，扒去浮渣；然后加入Al
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Mn、Al
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Sc、Al
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Zr中间合金，并添加一层覆盖剂，调节炉温至770℃～780℃，保温40min，待中间合金熔化后，扒去浮渣；再加入用铝箔包裹的Mg块，同时添加一层覆盖剂，调节炉温至720℃～740℃保温10min，待Mg块熔化后扒渣，然后加入覆盖剂精炼；最后在700℃～730℃保温5min制得熔体，并把熔体浇注到铁模具中，制得Al
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5.8Mg
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0.4Mn
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0.25Sc
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0.25Zr合金。
[0010]进一步，所述Mg、Mn、Sc、Zr和Al的元素质量百分比为：Mg 5.3～6.3％，Mn 0.2～0.6％，Sc 0.15～0.25％，Zr 0.10～0.25％，余量为Al，杂质含量≦0.1％。
[0011]进一步，所述覆盖剂为10～15％Na3AlF6+25％～30％NaCl+55％～65％KCl。
[0012]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0013]本专利技术通过调控Sc/Zr质量比和总添加量，采用传统熔炼铸造技术，开发出了一种新型的低成本铝镁锰钪锆合金。本专利技术制备的高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金室温抗拉强度可达到288.15MPa，屈服强度可达到167.72MPa，伸长率高达21.54％，合金的综合力学性能优异。本专利技术制备的高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金与真空熔炼技术和选择性激光熔化技术相比，还具有成本低、工艺简单、适合大型构件规模化工业生产等特点。
附图说明
[0014]图1表示实施例1制得的高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金的OM图；
[0015]图2表示对比例1铸态合金的OM图；
[0016]图3表示对比例2铸态合金的OM图；
[0017]图4表示对比例3铸态合金的OM图；
[0018]图5表示实施例1室温拉伸应力
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应变曲线。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术目的、工艺方案及优点更为清晰，现结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细解释。应当理解，所述的具体实施例仅是对本专利技术的某些特殊方面、特定性和实施方案的解释，并不用于限制本专利技术。
[0020]本专利技术实施例中，一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金的制备方法为：按照元素比例配制Al块(纯度为99.98％)、Mg块(纯度为99.98％)、Al
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20Mn、Al
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2Sc、Al
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5Zr中间合金。在惰性气体的保护下，先将Al块在740～760℃下保温30min，待Al块完全熔化后，扒去浮渣；然后加入Al
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金，其特征在于：所述铝镁锰钪锆合金中各元素质量百分比为：Mg 5.3～6.3％，Mn 0.2～0.6％，Sc 0.15～0.25％，Zr0.10～0.25％，余量为Al，杂质含量≦0.1％。2.根据权利要求1所述的铝镁锰钪锆合金，其特征在于：所述铝镁锰钪锆合金在室温下的抗拉强度可达到288.15MPa，屈服强度可达到167.72MPa，伸长率可达到21.54％。3.根据权利要求1所述的一种高强度高塑性铸造铝镁锰钪锆合金的制备方法，其特征在于：在惰性气体的保护下，先将Al块在740℃～760℃下保温30min，待Al块完全融化后，扒去浮渣，然后加入Al
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Mn、Al
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Sc、Al
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Zr中间合金，并添加一层覆盖剂，调节炉温至770℃～780℃，保温40min，待中间合金熔尽后，扒去浮渣，再加入用铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：边丽萍，王鹏辉，孟棫朴，王涛，梁伟，郑留伟，于培文，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：