[发明专利]一种Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，具体涉及Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的热处理强化工艺。

背景技术

文献调查表明(《铝合金及其加工手册》，中南大学出版社，2005年，292页)，传统Al-Mg系合金(5×××系铝合金)的强化机制主要是细晶强化、Mg原子的固溶强化和加工硬化等，上述强化机制在高温下强化效果减弱，如细晶粒在较高温度下会粗化；Mg原子在高温下扩散加快，固溶强化效果减弱；变形加工形成的位错在高温下易于滑移，减弱了加工硬化效果。传统Al-Mg系合金中缺乏有效的第二相强化，为热处理不可强化合金，加热处理只会减弱已有的强化机制，降低Al-Mg系合金的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于Al-Mg-Mn-Er-Zr合金(含Er的5×××系铝合金)的单级热处理工艺和双级热处理工艺，促进Al₃Er、Al₆Mn等强化相的析出，对铝合金起到弥散强化作用，从而提高Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的力学性能，使Al-Mg-Mn-Er-Zr合金变成热处理强化合金，高温下形成的稳定的强化相有助于提高铝合金的耐热性能。

本发明所提供的Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的单级热处理工艺，包括以下步骤：

1)在720～740℃下熔炼Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量为4.5wt％，Mn含量为0.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质元素总含量小于1wt％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使熔体中各元素成份分布均匀，最后利用水冷模浇铸合金铸锭；

2)对步骤1)所得合金铸锭进行单级热处理，将合金铸锭于430～510℃保温4～20h，如图1所示；其中，优选将合金铸锭于470℃保温16h。

本发明采用水冷模铸造技术制备铸锭，由于水冷模铸造技术冷却速度较快，凝固过程为非平衡凝固，铝基体中存在过饱和固溶的Er元素和Mn元素。将含有过饱和固溶Er元素和Mn元素的铝合金铸锭在适当温度加热保温(430～510℃)，会从铝基体中析出Al₃Er、Al₆Mn等强化相，对铝合金起到强化作用。

本发明所提供的Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的双级热处理工艺，包括以下步骤：

1)在720～740℃下熔炼Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量为4.5wt％，Mn含量为0.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质元素总含量小于1wt％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使熔体中各元素成份分布均匀，最后利用水冷模浇铸合金铸锭；

2)对步骤1)所得合金铸锭进行双级热处理，如图2所示：

A、第一级热处理：将步骤1)制备的合金铸锭于250～310℃保温4～12h；

B、第二级热处理：将步骤A热处理的合金铸锭于430～510℃保温4～20h。

双级热处理工艺优选先将合金铸锭于280℃保温8h，再于470℃保温12h。

双级热处理工艺，首先在250～310℃加热保温(第一级)合金铸锭，较低的加热温度有利于Al₃Er、Al₆Mn相的高密度形核，还可以降低大尺寸铸锭的温度应力，减少铸锭快速受热时发生热变形和热开裂倾向；第一级加热保温后再升温至430～510℃加热保温(第二级)，较高的加热温度有利于细小的Al₃Er、Al₆Mn相生长，铝基体中高密度分布的尺寸适中(10～100nm)的Al₃Er、Al₆Mn粒子可以钉扎位错线的移动，对铝合金起到有效的增强效果。双级热处理工艺适合大尺寸铸锭的热处理，并有利于Al₃Er、Al₆Mn强化相的密集析出。

本发明具有以下益效果：

本发明所提供的单级和双级热处理工艺，促进Al-Mg-Mn-Er-Zr合金中Al₃Er、Al₆Mn等强化相的析出和生长，调整强化相的分布，并通过强化相钉扎位错等机制起到强化作用，从而有效提高Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的力学性能，高温形成的强化相还有助于提高铝合金的耐热性能。

附图说明

图1、Al-Mg-Mn-Er-Zr合金单级热处理工艺示意图(单级热处理保温温度T的范围为430～510℃，保温时间t的范围为4～20h)