一种稀土铝合金及其锻件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土铝合金及其锻件的制备方法，稀土铝合金的组分及其质量百分含量为：Zn 7.25％

【技术实现步骤摘要】
一种稀土铝合金及其锻件的制备方法


[0001]本专利技术涉及稀土铝合金材料
，具体涉及一种稀土铝合金及其锻件的制备方法。

技术介绍

[0002]对于铝合金材料来说，相比于材料制备方法或制备原理的调整，基于成分设计、热处理工艺优化和产品加工工艺优化，更是简单又直接的实现方式。
[0003]在添加和合金化元素中，其中Si、Cu、Mg、Zn等已经是非常常用的添加元素，强化效果基本上被开发至极致，除非新的强化机理被发现。因此，目前合金成分设计过程中最直接的方式还是瞄准稀土元素，或是采用一种强化效果强的元素或者是发挥集中稀土合金元素的协同强化作用。
[0004]Sc是稀土元素中作为铝合金的合金化元素非常显著的一种元素，不仅能够显著提高合金的韧性，还能提升合金的焊接特性，这对于7XXX铝合金来说是非常有利的，然而加入Sc虽然能够有效提升合金的综合性能，但是Sc的成本非常高，除非极关键部件，否则难以承受合金材料的超高成本。
[0005]因此，如何有效利用稀土元素改善铝合金的综合性能，同时匹配合理的热处理工艺，实现低成本、高性能7XXX稀土铝合金的制造是十分必要的。

技术实现思路

[0006]针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种稀土铝合金及其锻件的制备方法，本专利技术通过合金成分设计、合金锻件工艺优化及热处理工艺优化实现高强韧、高可焊性等综合性能优异的稀土7XXX铝合金材料及产品。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种稀土铝合金，所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量为：Zn 7.25％
‑
7.65％、Fe 0.01％
‑
0.08％、Si 0.04％
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0.12％、Cu 0.1％
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0.25％、Mn 0.35％
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0.85％、Mg 1.6％
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2.1％、Sc 0.05％
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0.25％、Zr 0.11％
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0.31％、其余为Al；Si的质量百分含量
‑
Fe的质量百分含量≥0.03％。
[0009]进一步地，所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量为：Zn 7.45％
‑
7.65％、Fe 0.01％
‑
0.08％、Si 0.04％
‑
0.12％、Cu 0.1％
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0.25％、Mn 0.65％
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0.85％、Mg 1.6％
‑
1.8％、Sc 0.05％
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0.25％、Er 0.06％
‑
0.25％、Zr 0.21％
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0.31％、其余为Al；Si的质量百分含量
‑
Fe的质量百分含量≥0.03％，Sc的质量百分含量≤0.5
×
(Er的质量百分含量+Zr的质量百分含量)。Sc的质量百分含量≤0.5
×
(Er的质量百分含量+Zr的质量百分含量)，主要的目的是利用Er和Zr与Sc相同的特性，替代部分Sc发挥强化作用，在不损失合金综合性能的前提下，降低合金的生产成本。所述铝合金组分中Wt％Si
‑
Wt％Fe≥0.03％，高合金化铝合金中，Si含量和Fe含量的相对值将对铸锭生产过程中的开裂倾向产生严重的影响，当Si含量与Fe含量差值(Si含量较高)相差较小时，或者Si含量较低时，合金铸锭的开裂倾向是
非常显著的。因此，在铸锭生产过程中，即考虑铸锭的质量，还要兼顾铸锭的生产成本。
[0010]一种如上所述的稀土铝合金的锻件的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)根据所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量进行配料，将熔炼炉炉温设定为730℃
‑
760℃，向熔炼炉中依次加入重熔铝锭、铝锰、铝铁及铝硅中间合金，待重熔铝锭、铝锰、铝铁及铝硅中间合金全部熔化，熔化后加入镁锭、铝钪和铝锆中间合金后搅拌，得到炉料；将炉料保温区间调整为745℃
‑
760℃，向熔化炉料中加入精炼剂，并通入保护气氛进行除气除渣；静置后，得到合金液，将所得合金液导入至铸盘浇注成锭，得到第一铸锭；
[0012](2)将第一铸锭进行均匀化处理，得到第二铸锭；
[0013](3)将第二铸锭预热后保温，将锻压机上下模砧预热后保温，将第二铸锭放置于上下模砧之间进行锻压后空冷至室温，得到锻压毛坯，锻压的终锻温度为330℃
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350℃；
[0014](4)将锻压毛坯依次进行固溶处理、冷变形处理、双级时效处理，得到稀土铝合金锻件；固溶处理的工艺条件为：保温温度为463℃
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472℃、保温时间为200min
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360min、淬火介质是温度为45℃
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65℃的水；冷变形处理的变形率为1％
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3％；双级时效处理包括一级时效、二级时效，一级时效温度为125℃
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135℃、保温时间为12h
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16h，二级时效温度为335℃
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345℃、保温时间为1h
‑
2h。
[0015]锻件的热处理过程中，锻件毛坯淬火后变形量为1
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3％，主要目的是降低高合金化锻件毛坯的淬火残余应力，防止锻件毛坯在加工成产品过程中产生开裂。双级时效工艺中一级时效工艺为125℃
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135℃，保温时间为12
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16h，该工艺参数和传统7XXX的T6工艺参数相近，主要目的是第一步实现7XXX合金的优异的力学性能；二级时效工艺为335
‑
345℃，保温时间为1
‑
2h，主要的目的是为了保证稀土铝合金中稀土元素强化相的形成，进而保证强化效果。同时也可以发现，本时效工艺兼顾了T6工艺的高综合性能和稀土铝合金的强化析出特性。
[0016]进一步地，步骤(1)铸造过程中，铸盘底部进行铺底，铺底合金为7003合金，7003合金液的温度为730℃
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750℃；铺底为了保证高合金化合金铸锭的通心裂，防止底部产生裂纹后，延伸至铸锭尾部，造成整只铸锭报废。
[0017]进一步地，步骤(1)中待重熔铝锭、铝锰、铝铁及铝硅中间合金全部熔化后保温30min
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60min，熔化后加入镁锭、铝钪和铝锆中间合金后搅拌，再取样后调整成分，成分合格后，将炉料保温区间调整为745℃
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760℃，向熔化炉料中加入精炼剂，并通入保护气氛进行除气除渣20min
‑
30min；除气除渣后静置30min
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45min，得到合金液，将所得合金液导入至铸盘，控制铸盘的铸造速度为65mm/min
‑
85mm/min，浇注成锭，得到第一铸锭。
[0018]进一步地，步骤(1)中所述精炼剂为氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土铝合金，其特征在于，所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量为：Zn7.25％
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7.65％、Fe 0.01％
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0.08％、Si 0.04％
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0.12％、Cu 0.1％
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0.25％、Mn 0.35％
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0.85％、Mg1.6％
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2.1％、Sc 0.05％
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0.25％、Zr 0.11％
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0.31％、其余为Al；Si的质量百分含量
‑
Fe的质量百分含量≥0.03％。2.根据权利要求1所述的稀土铝合金，其特征在于，所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量为：Zn 7.45％
‑
7.65％、Fe 0.01％
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0.08％、Si 0.04％
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0.12％、Cu 0.1％
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0.25％、Mn 0.65％
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0.85％、Mg 1.6％
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1.8％、Sc 0.05％
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0.25％、Er 0.06％
‑
0.25％、Zr 0.21％
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0.31％、其余为Al；Si的质量百分含量
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Fe的质量百分含量≥0.03％，Sc的质量百分含量≤0.5
×
(Er的质量百分含量+Zr的质量百分含量)。3.一种如权利要求1
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2任一项所述的稀土铝合金的锻件的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)根据所述稀土铝合金的组分及其质量百分含量进行配料，将熔炼炉炉温设定为730℃
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760℃，向熔炼炉中依次加入重熔铝锭、铝锰、铝铁及铝硅中间合金，待重熔铝锭、铝锰、铝铁及铝硅中间合金全部熔化，熔化后加入镁锭、铝钪和铝锆中间合金后搅拌，得到炉料；将炉料保温区间调整为745℃
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760℃，向熔化炉料中加入精炼剂，并通入保护气氛进行除气除渣；静置后，得到合金液，将所得合金液导入至铸盘浇注成锭，得到第一铸锭；(2)将第一铸锭进行均匀化处理，得到第二铸锭；(3)将第二铸锭预热后保温，将锻压机上下模砧预热后保温，将第二铸锭放置于上下模砧之间进行锻压后空冷至室温，得到锻压毛坯，锻压的终锻温度为330℃
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350℃；(4)将锻压毛坯依次进行固溶处理、冷变形处理、双级时效处理，得到稀土铝合金锻件；固溶处理的工艺条件为：保温温度为463℃
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472℃、保温时间为200min
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360min、淬火介质是温度为45℃
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，池海涛，张建雷，孙绍华，杨耀泉，
申请(专利权)人：福建祥鑫轻合金制造有限公司，
类型：发明
国别省市：