[发明专利]高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法，属于金属合金及其制备技术领域。

背景技术

6063铝合金型材已成为国际国内应用最为普及的一种铝合金建筑材料。为了提高生产率、降低能源消耗、提高挤压加工性、提高挤压型材力学性能与型材化学物理性能，国际、国内各铝业加工厂进行了合金化技术与加工技术的广泛研究。

国家标准GB3190规定6063铝合金成分为Mg：0.45％-0.90％；Si 0.2％-0.6％；Fe≤0.35％。显然合金元素分布空间是很大的，合金元素取值不同，会对型材的综合性能影响很大，将造成力学性能上的波动，也使表面处理质量与效果上出现极大差异，同时也增加了工艺控制难度。国家标准GB/T5237.1规定的6063铝合金T5、T6态型材拉伸强度分别为160MPa、205MPa，实际最高力学性能仅能达到拉伸强度230MPa。

中国专利CN1456697A公布的一种改性6063铝合金，拉伸强度最高为216MPa，伸长率为17％；添加的混合稀土量大，达到0.11-0.2％，远超过稀土的极限溶解度约0.05％，这在工业化如15吨、25吨大熔化炉上很难使成分均匀化，极易造成偏聚，使稀土的作用不能充分发挥，导致挤压加工性恶化与挤压制品的力学性能低；同时也易与加入的Ti、Zr细化剂发生化学反应，造成铝基体组织粗大，两者的优异作用都不能充分发挥。

显然，6063铝合金力学性能低，存在不足，满足不了结构的高承力使用要求；同时限于材料成分特点与技术工艺特点，也存在不足之处，如组织中易存在各种杂质、粗大针状含铁化合物相以及铝基体组织粗大等问题，影响合金的成分均匀化处理能耗问题、挤压加工性能与挤压制品的力学性能提高问题，对6063铝合金进行主合金化设计与技术工艺性改善是必要的。

向6063铝合金中加入稀土元素，可以显著改善挤压加工性能、挤压制品的力学性能与化学、物理性能，其作用是：(1)净化去氢，通过产生稀土氢化物的方式去除氢的有害作用；(2)细化晶粒，产生稀土高熔点化合物成为晶核核心；(3)去除铁的有害作用，形成稀土铁化合物等；(4)分布在晶内、晶界上显著改善挤压制品的化学与物理性能。但加稀土入量需要控制得当，否则还会恶化上述作用与效果。

向6063铝合金中加入锆或钛等变质成核剂，这些元素在合金中形成高温稳定相化合物质点，细化铝基体组织，抑制再结晶，具有改善或提高挤压加工性，使型材在热处理后保留挤压加工后的纤维组织或有细小的再结晶混合组织，显著改善或提高型材的结构力学性能。当然，应特别注意这些元素与合金体系匹配性设计问题，也包括加入量设计问题，特别是当钛与稀土元素同时存在时，因发生化学反应，形成粗大化合物，减少了异质核心的数量，而达不到细化组织以及改善其综合性能的目的。

向6063铝合金中加入锶元素，进行变质处理，使有害的粗大针状、棒状或片状的β-FeAlSi相，在铸造时直接变成对合金热加工性能及力学性能影响小的圆润的团块状α-FeAlSi相，从而避免为消除β-FeAlSi相的有害影响，需要均匀化退火处理的高温度与长时间保温的能耗问题。

实践证明，对6063铝合金主合金化元素进行优化设计，向6063铝合金中添加稀土等各类添加剂，可以改善其微观组织结构与综合工艺性能，从而达到提高其挤压加工性能、型材制品的力学性能以及化学物理性能，并具有显著的节能降耗效果。但是，单一加入稀土、锆及锶的作用不能顾及全面性能，需要综合优化设计，方可满足各项性能要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题或不足，提供一种挤压速度快、型材力学性能高、能够改善型材表观质量以及增加氧化膜致密度的高强度、高韧性稀土铝合金材料及其制备方法。

本发明的高强度、高韧性稀土铝合金材料，其组分按重量百分数：

Mg：0.50％～0.60％；Si：0.35％～0.45％；Fe≤0.35％；稀土复合添加剂≤0.065％～0.2％；余量为Al；

稀土复合添加剂，其组分按重量百分数：

RE：0.04％～0.1％；Sr：0.01％～0.05％；Zr：0.015～0.05％；RE+Sr+Zr总量控制在：0.065％～0.2％。

其中：稀土RE为以Ce为主含量85～90％，La为辅含量10～15％。

本发明的制备方法是：