[发明专利]一种Al－Mg－Mn－Sc－Er合金

说明书

技术领域

本发明涉及铝基合金领域，特别是涉及一种Al-Mg合金。

背景技术

铝镁系合金具有质量轻、可焊性好、耐蚀性高等特点，在航天领域得到了广泛应用。我国航天领域承受中等载荷的结构件，如导弹燃料箱隔板、仪器舱、卫星和飞船结构的金属密封舱体、卫星发动机燃料贮箱、导弹贮运发射箱的发射梁均采用铝镁系5A06合金，运载火箭和飞船用的大规格锻件、锻环也都是采用5A06合金。

在长期的应用实践中，航天用户反映铝镁系5A06合金的最大不足在于：①许用强度低，5A06合金板材的典型抗拉强度(σ_b)为300MPa，屈服强度(σ_0.2)只有160MPa，屈服强度只达到抗拉强度的一半；②再结晶温度低，焊接软化使靠近焊缝的热影响区成为结构最薄弱环节，需要对焊接构件进行结构补强，焊接软化还造成了较大的焊接变形，影响焊接结构的尺寸稳定性。为此，国内外进行了深入的探索，试图寻找一种行之有效的改善该系合金性能的方法。

微合金化是目前广泛采用的方法之一，US5620652的专利报道了一种含钪的铝镁系合金，即在原有5356铝镁合金的基础上添加少量Sc和其它微合金化元素，虽然合金的可焊性提高很多，但合金中最佳Sc含量高达0.5％(重量百分比，以下均同)，合金成本高。中国专利CN1161484C报道了在Al-3Mg合金中加入微量稀土元素Er(0.1-0.2％)可同时改善合金的强度和塑性，但效果不是很明显(拉伸强度和屈服强度提高20％)。因此，含Sc的Al-Mg-Sc系合金和含Er的Al-Mg-Er系合金的广泛应用由于上述原因而受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服传统铝镁系合金强度较低和焊接易软化等不足，提供一种采用Sc和Er复合微合金化的Al-Mg-Mn-Sc-Er合金，对Al-Mg合金基体起到显著的强化作用，同时获得优良的焊接性能和高的再结晶温度，从而扩大了铝镁系合金的应用范围。

本发明的主要内容为：在Al-Mg系合金的基础上，同时加入微量的Sc与Er，通过Sc与Er复合微合金化强韧化技术来改善合金的性能。本发明所提供的合金成分(重量百分比，wt％)范围为：Mg5.2-6.2，Mn0.2-0.6，Sc0.1-0.25，Er0.15-0.4，余量为Al。

上述Al-Mg-Mn-Sc-Er合金的制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)首先按合金化学组成的比例配备好原材料备用；

(2)在电阻炉中熔化纯铝和Al-Mn、Al-Sc、Al-Er中间合金至740-750℃，充分搅拌，除气精炼，静置扒渣；

(3)在无钠活性熔剂保护下用钟罩压入法加入金属Mg，待熔体温度降至730℃用水冷铜模直接浇注成锭，即得到含钪和铒的铝镁钪铒合金铸锭。

Sc既是3d型过渡族金属，又是稀土元素，在Al-Mg合金中同时具有两者的作用。合金中添加微量的Sc可与铝形成L1₂型共格Al₃Sc粒子，初生Al₃Sc粒子在合金凝固时可成为固溶体非均质成核的核心，大大细化合金的晶粒，从而达到细晶强化效果；次生Al₃Sc质点在合金热变形和热处理过程中强烈钉扎位错和亚晶界，抑制合金的再结晶，起到亚结构强化和直接弥散析出强化作用。Er是一种稀土元素，铝合金中添加微量的Er可与铝形成Al₃Er相。Al₃Er与Al₃Sc相结构相同，属Pm3m空间群，晶格常数接近铝。当Sc与Er同时加入时，还会形成极细的三元共格复合相Al₃(Sc，Er)，该相除能保持Al₃Sc相细化晶粒、抑制再结晶和直接析出强化作用外，还在高温下聚集的倾向比Al₃Sc粒子小得多，因而能更大程度地保持抑制再结晶效应和弥散强化效应，改善合金的焊接性能。

在Al-Mg系合金中采用Sc与Er复合微合金化后合金的抗拉强度和屈服强度得到显著提高，尤其是合金的屈服强度提高幅度近50％，从而使合金具有明显的强化作用，此外合金的焊接性能和抗再结晶能力也得到了大大的改善。因Sc的价格较贵，Er的价格比Sc便宜很多，采用Sc与Er复合微合金化强韧化技术，在改善合金的综合性能的前提下，有效地减少了昂贵Sc的加入量，从而降低了合金的制造成本。

具体实施方式