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一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811519776.9国省代码:江苏 32
申请(专利权)人:徐州一宁铝业科技有限公司
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摘要:
一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法,该合金的成分以重量百分比来表示,包括Si 4‑7,Fe 0.1‑0.6,Mg 0.3‑0.7,Ti 0.5‑1.5,Cr 0.1‑0.3,B 0.05‑0.2,Zn 0.1‑0.3,稀土RE 0.1‑1,其余的为铝。铝合金的制备方法如下:预先检查中频炉的水路、电路,检查安全后,将原料放入大型石墨坩埚中,准备熔炼,预热完毕后,调节温度至820±10℃,熔炼2~3h,浇注成型,然后将铝合金进行等通道转角挤压处理,最后获得产品。本发明可以获得以下有益效果:相比于传统的塑性形变加工方法,利用等通道转角挤压技术制备出的铝合金材料,可以获得超细晶组织,铝晶粒尺寸为100~200nm,晶粒呈现均匀化分布,可以获得很高的抗拉强度,并且由于晶粒的协调变形,使得材料获得了较高的塑性。

主权项:
1.一种高塑性、高强度铝合金,其特征在于,该合金的成分以重量百分比来表示,包括Si 4~7,Fe 0.1~0.6,Mg 0.3~0.7,Ti 0.5~1.5,Cr 0.1~0.3,B 0.05~0.2,Zn 0.1~0.3,稀土RE 0.1~1,其余的为铝。


说明书

一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金型材的熔炼领域,尤其是涉及一种高塑性、高强度铝合金及其
制备方法。

背景技术

超细晶材料是指在三维空间尺寸至少有一维是处于亚微米数(100nm<d<1μm)的材
料,该材料具有室温下的高强度和高温下的超塑性。采用传统的熔炼技术以及塑性加工成
型方法,所制备的材料无法达到超细晶尺寸级别,更不用说达到纳米级别了。采用大塑性形
变法(SPD法)可以解决这一问题,可以获得超细晶材料组织,甚至纳米组织,该方法包括高
压扭转法、等通道转角挤压法、多向锻造及累计叠轧法,其目的是将晶粒尺寸剪切至小于
1000nm。其中等通道转角挤压法是一种优异的大塑性形变方法,其材料制备的原理如下:待
挤压试样在外力作用下,通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道,经过
多道次挤压不断地在材料表面累计剪切应力,在剪切作用下,粗大晶粒被粉碎成一系列具
有小角度晶界的亚晶,亚晶沿着一定方向拉长形成带状组织,亚晶带宽度一般为几微米或
亚微米;然后,亚晶被继续破坏,开始出现部分具有大角度晶界的等轴晶组织;最后,亚晶带
消失,显微组织主要为具有大角度晶界的等轴晶组织,晶粒位相差随剪切变形量的增加而
增大,最终导致晶粒细化。

发明内容

本发明提供了一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法,利用等通道转角挤压技
术制备超细晶铝合金材料,制备的材料具有较高的力学强度及塑性。。

本发明的技术方案:

一种高塑性、高强度铝合金,该合金的成分以重量百分比来表示,包括Si 4~7,Fe
0.1~0.6,Mg 0.3~0.7,Ti 0.5~1.5,Cr 0.1~0.3,B 0.05~0.2,Zn 0.1~0.3,稀土RE
0.1~1,其余的为铝。

进一步的,所述稀土RE可以选择镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、
镥、钇、钪中任意一种及其任意两种以上复配的混合物。

进一步的,该合金的抗拉强度为505~560MPa,延伸率为20~30%。

进一步的,一种高塑性、高强度铝合金,具体制备步骤如下:

(1)预先检查中频炉的水路、电路,确认所有水管均通水畅通并检查电路有无螺丝
松动等异常情况;

(2)利用锯床切割所有原料,制成小块,按照铝合金各成分的重量配比,称取原料,
一并放入大型石墨坩埚中;

(3)熔炼前,开启电源,预先烘炉和烘料,通过控制面板调节电流和电压控制温度,
烘炉温度为350±10℃,时间为35±5min;

(4)继续调节控制面板上的电流和电压,升温至820±10℃,保持在这一温度范围,
熔炼时间为2~3h;

(5)熔炼完毕后,将精炼剂加入到铝合金中精炼除气,时间为10min,然后进行浇
铸,用铁板档渣浇铸在预先预热的铜模具上,待合金熔体完全凝固后,打开模具取出铝合金
铸锭。

(6)对熔炼后的铝合金铸锭进行等通道转角挤压处理,待铝合金挤压试样在外力
作用下,通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道,挤压道次为12次,挤压
完成最终获得铝合金产品。

进一步的,所述稀土RE以Al-RE中间合金的形式添加,Al-RE中间合金中Al与RE的
重量比为5:1-9:1。

进一步的,步骤(6)中的过渡圆角取值范围为90-150°。

进一步的,所述精炼剂的配方为KNO3 70-80份,NaF 50-60份,LiF 40-60份,冰晶
石20-25份,AlF3 10-25份,Ce(NO3)3 20-30份。

本发明采用上述技术方案可以获得以下有益效果:

利用等通道转角挤压技术制备出的铝合金材料,可以获得超细晶组织,铝晶粒尺
寸为100-200nm,晶粒呈现均匀化分布,可以获得很高的抗拉强度,并且由于晶粒的协调变
形,使得材料获得了较高的塑性,制备的材料拥有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明制备的铝合金铝基体的TEM形貌图。

图2是未经过等通道转角挤压处理的铝合金铝基体SEM形貌图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的铝锭、镁锭、锌锭、纯铁、铬块、硼粉、海绵钛的重量纯度≥
99.9wt.%,2202#工业硅和稀土金属RE的重量纯度≥99.7wt.%。

本发明实施例中采用中频感应炉进行铝合金的熔炼。

实施例1:

一种高塑性、高强度铝合金,该合金的成分以重量百分比来表示,包括Si 4,Fe
0.1,Mg 0.3,Ti 0.5,Cr 0.1,B 0.05,Zn 0.1,稀土Ce 0.5,Al 94.35。

一种高塑性、高强度铝合金,具体制备步骤如下:

(1)预先检查中频炉的水路、电路,确认所有水管均通水畅通并检查电路有无螺丝
松动等异常情况;

(2)利用锯床切割所有原料,制成小块,按照铝合金各成分的重量配比,称取原料,
一并放入大型石墨坩埚中;

(3)熔炼前,开启电源,预先烘炉和烘料,通过控制面板调节电流和电压控制温度,
烘炉温度为350±10℃,时间为35±5min;

(4)继续调节控制面板上的电流和电压,升温至820±10℃,保持在这一温度范围,
熔炼时间为2~3h;

(5)熔炼完毕后,将精炼剂加入到铝合金中精炼除气,时间为10min,然后进行浇
铸,浇铸时用铁板档渣,而熔体缓缓浇注到预先预热的铜模具上,待合金熔体完全凝固后,
打开模具取出铝合金铸锭;

(6)对熔炼后的铝合金铸锭进行等通道转角挤压处理,待铝合金挤压试样在外力
作用下,通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道,挤压道次为12次,变形
温度为300℃、挤压速度为15mm/s,挤压完成最终获得铝合金产品。

稀土金属以Al-10Ce中间合金的形式加入,其熔炼过程如下:在730±10℃下,将稀
土Ce加入到铝熔体中,稀土金属熔化后直接浇注成小锭。

步骤(6)中的过渡圆角取值范围为90~150°。

所述精炼剂的配方为KNO3 70~80份,NaF 50~60份,LiF 40~60份,冰晶石20~
25份,AlF3 10~25份,Ce(NO3)3 20~30份。

所述稀土Ce可以替换为镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中
任意一种及其任意两种以上复配的混合物。

实施例2:与实施例1的区别在于,一种高塑性、高强度铝合金,该合金的成分以重
量百分比来表示,包括Si 7,Fe 0.6,Mg 0.7,Ti 1.5,Cr 0.3,B 0.2,Zn 0.3,稀土Ce 0.5,
稀土Pr 0.5,Al 88.4。熔炼过程中使用的稀土中间合金为Al-11Ce-5Pr。

所述稀土Ce和Pr可以替换为镧、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪
中任意一种。

实施例3:与实施例1的区别在于,一种高塑性、高强度铝合金,该合金的成分以重
量百分比来表示,包括Si 5.5,Fe 0.35,Mg 0.5,Ti 1,Cr 0.2,B 0.13,Zn 0.2,稀土Ce
0.5,稀土Pr 0.3,稀土Nd 0.2,Al 91.12。熔炼过程中使用的稀土中间合金为Al-5Ce-5Pr-
5Nd。

所述稀土Ce、Pr和Nd可以替换为镧、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪
中任意一种。

对比例1:与实施例1的区别在于,不进行等通道转角挤压,而合金成分与实施例1
一样;

对比例2:与实施例2的区别在于,不进行等通道转角挤压,而合金成分与实施例2
一样;

对比例3:与实施例3的区别在于,不进行等通道转角挤压,而合金成分与实施例3
一样;

性能检测

将实施例1~3和对比例1~3所制备的铝合金样品,根据GB/T 228.1-2010《金属材
料拉伸试验标准》进行室温条件下的拉伸性能测试,测试的结果见表1。

表1实施例1~3和对比例1~3所制备铝合金的力学性能数据列表

案例
抗拉强度(MPa)
延伸率(%)
实施例1
505
20
实施例2
530
27
实施例3
560
30
对比例1
320
16
对比例2
355
20
对比例3
378
18

表1显示了实施例1~3和对比例1~3所制备铝合金的力学性能,结果显示相比于
对比例1~3,实施例1~3的抗拉强度、延伸率,均有所提高,这是由于经过等通道转角挤压
多道次的处理,不断地累积剪切应变,最终引起晶粒细化,根据霍尔-彼奇(Hall-Petch)公
式,即晶粒越细小,其硬度越高,抗拉强度越大,而且在外力作用下,细小的晶粒之间会引起
协调变形,导致合金延伸率提高,塑性增强。经过等通道转角挤压12道次处理以后,晶粒尺
寸细化到100~200nm,铝基体组织以等轴晶的形式存在,见图1。而对比例1~3中不进行等
通道转角挤压处理,也是以等轴晶为主,晶粒尺寸的范围为10~30μm,见图2。

本发明提供了一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法,本发明可以获得以下有
益效果:

相比于传统的塑性形变加工方法,利用等通道转角挤压技术制备出的铝合金材
料,可以获得超细晶组织,铝晶粒尺寸为100~200nm,晶粒呈现均匀化分布,可以获得很高...

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图1
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