[发明专利]一种高热稳定性的变形铝合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及Er和Zr合金元素在铝中的添加量及变形铝合金的制备工艺，Er和Zr的加入可以有效提高变形铝合金的热稳定性。

技术背景

文献的调查结果表明，在铝合金中加入微量的Er元素，经时效处理后可以弥撒析出与铝基体保持共格关系的Al₃Er二次相，对合金强度有所贡献，但是在300℃以上保温时，析出的Al₃Er相会迅速粗化，使得弥散强化作用几乎消失。而Zr元素的加入会改善铝合金的热稳定性，，在时效时过程中形成的Al₃Zr二次析出相能在400℃长时间保温后仍与铝基体保持共格或半共格关系。Al₃Zr有良好的抗粗化能力，是由于Zr元素在Al基体中的扩散速度较慢，相比于与Er元素的扩散速度低几个数量级（300℃时，D_Zr=6.4×10^-24，D_Er=（4±2）×10^-19）。添加Er和Zr的铝合金，经历时效会形成核壳结构的Al₃（Er、Zr）复合析出相，核心为富Er的Al₃（Er、Zr）相外层则是包裹着富Zr的Al₃（Er、Zr）相。相比于单独添加Er或者Zr的二元合金，在铝基体中复合析出相的数密度有很大程度的增加，同时析出相具有良好的抗粗化性能。含有微量的Er、Zr元素的铝合金在经过剧烈的塑性变形后，由于高密度的位错作为Er和Zr的快速扩散通道，所以相对铸态而言，Al₃（Er，Zr）复合相析出温度更低，析出速度更快，析出数量更多。同时，这些弥散的二次析出相多数会沿着位错线优先析出，对位错的钉扎作用非常显著，在退火过程中会强烈的阻碍位错的运动，继而提高铝合金的热稳定性。但是，国内外对于Er和Zr的复合添加及其含量对于提高变形铝合金热稳定性没有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种较高热稳定性的变形铝合金。通过Er和Zr的复合加入，在变形铝合金中析出细小弥散的Al₃（Er，Zr）粒子，位错位置优先析出二次相粒子，在接下来的退火过程中二次相粒子钉扎位错的作用显著，强烈阻碍位错的运动，从而获得较高的热稳定性。

本发明所提供的较高热稳定性的变形铝合金制备方法，包括以下步骤：

（1）铝合金铸锭的成分和重量百分比：铒：0.3%，锆：0.3-0.6%，其余为铝和不可避免的杂质。在电阻炉中熔炼精铝锭，使其温度为750-800℃在熔铝中加入Er和Zr的中间合金，熔融金属液升温至900℃后，经搅拌、除渣，金属液静置冷却到850℃后铁模浇注成锭，待铸锭凝固后迅速取出铸锭水冷至室温。

（2）将步骤（1）中的铝合金铸锭铣面加工，在轧机上冷轧，保持变形量在70-90%。

本发明通过Er和Zr元素的添加，使基体中析出细小弥撒的Al₃(Er，Zr)的第二相粒子，能够有效的钉扎位错，阻碍位错的运动从而提高变形铝合金的热稳定性。相比于本发明中的其他三元Al-Er-Zr变形合金，热稳定最好的变形铝合金成份含量为：Al-0.3wt.%Er-0.4wt.%Zr。该成份的变形铝合金在425℃退火1小时后硬度下降幅度约为10%。而二元的Al-0.3wt.%Er同样变形量的铝合金，在300℃退火1h后硬度下降约为10%；二元Al-0.4wt.%Zr同样变形量的铝合金在经过350℃退火1h后硬度下降幅度约为10%。此外，该成份的铝合金在退火过程中的绝对硬度值也较高，相比二元的Al-0.4wt.%Zr变形合金显微硬度提高25%左右。同时，该成分变形铝合金在375℃温度下退火150小时后，仍未没有发生，明显的再结晶现象出现，有较好的热稳定性。

本发明具有以下有益效果：

经过本发明所提供的制备工艺得到的变形铝合金板材，具有较高的热稳定性，Er、Zr元素的加入对于变形铝合金的稳定性提供有很大帮助。本发明中提供的变形铝合金冷轧变形量较大，基体中会产生较大应力应变场，形成了密度较高的位错，高密度的位错为二次相提供更多的形核位置，也为Er和Zr提供了快速扩散通道，使得退火过程中二次析出相Al₃（Er，Zr）相比于铸造态更加容易，即在较低的退火温度下，或者较短的退火时间内就可以析出细小弥撒的Al₃（Er，Zr）二次相。这些在位错出析出的二次相，对位错的运动起到钉扎作用，阻碍位错的运动，从而提高变形铝合金的热稳定性。

附图说明