[发明专利]一种添加稀土钇的超高强变形铝合金

说明书

技术领域

本发明属变形铝合金材料制备技术和晶粒细化工艺领域，涉及一种用于制造航空航天等特殊机械设备的超高强铝合金结构材料，尤其是一种添加稀土钇的超高强变形铝合金。

背景技术

随着航空航天工业的发展，新一代飞机对材料提出了更高的要求，如轻质、高强、高韧和耐腐蚀等。为了满足这种需求，世界上许多国家都在进行新型高强、高韧铝合金的研究与开发。其中Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金是迄今为止所能得到的强度最高的铝合金材料，它们既具有600MPa以上的抗拉强度，又能保持较高的韧性和耐腐蚀性，且成本较低，其优良的力学性能，较高的比强度，对提高飞机的综合性能和安全性、经济性都有重要意义，成为目前军用和民用飞机中不可缺少的重要轻质结构材料。但是从目前航空航天材料发展需求看，要求材料能在高温条件下具有稳定的刚度和强度，简称热强性。应运而生的新材料有金属间化合物、金属基复合材料、新型Ni合金、Ti合金等，但成本较高。

稀士在铝合金中的应用一直是非常重要的研究领域之一，在铸造铝合金中不仅起到变质作用，还对铝合金起净化作用。其中钇元素较其它合金元素在铝合金中的溶解度大，逐渐成为材料学专家关注的稀土元素之一。Al-Zn-Mg-Cu系合金属于高强高韧变形铝合金，合金元素主要有Zn、Cu、Mg等，合金元素含量近15％，凝固组织中合金相多，交互作用复杂，并且要发挥铝合金高强高韧的特性，需要严格控制合金组织中的缺陷数量，对熔体纯净度要求高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种添加稀土钇的超高强变形铝合金，本合金将稀土元素钇加入到Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中，从而通过过程控制改善合金热强性，改善了Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的热强性，满足了目前飞速发展的航空航天和特殊机械设备的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种添加稀土钇的超高强变形铝合金，其组分含量的质量百分比为：Zn：7.5～9.0%、Cu：2.0～2.6%、Mg：2.0～3.0%、Y：0.2～0.3%；Zr：0.1～0.2%，余量为铝。

而且，所述Fe：≤0.05%、Si：≤0.05%。

上述合金的制备方法，步骤如下：

⑴含钇超高强变形铝合金的质量百分比的要求为：Zn：7.5～9.0%、Cu：2.0～2.6%、Mg：2.0～3.0%、Y：0.2～0.3%；Zr：0.1～0.2%；

按以上比例分别称取金属锌、金属铜、铝镁中间合金、铝钇中间合金、铝锆中间合金、精铝锭；

⑵按总投料的0.2～0.4wt%称取无钠精炼清渣剂，根据熔体表面面积按0.5～0.8kg/m²称取镁合金覆盖剂；

⑶将步骤⑴、步骤⑵中的金属锌、金属铜、铝镁中间合金、铝钇中间合金、铝锆中间合金、精铝锭、精炼清渣剂和镁合金覆盖剂放入温度200～300℃的恒温预热干燥炉中干燥2～3h；

⑷将步骤⑶中的精铝放入工业电炉内，设定工业电炉炉温为750-850℃，铝液温度为700-800℃；

⑸通电加热3h～4h，待炉内的精铝锭全部熔化，熔体过热到700-760℃后，加入步骤⑶中预热至200～300℃的金属铜、铝锆中间合金；

⑹将熔体温度调整到680℃，加入步骤⑶中的金属锌，搅拌铝液1～2min；

⑺将熔体温度调整到730～750℃，加入步骤⑶中的精炼清渣剂，搅拌均匀后静止1～2min，扒出熔体表面浮渣；

⑻加入步骤⑶中的铝钇中间合金，搅拌1～2min；

⑼预热除气棒，将氩气流量设定为0.1MPa，进行除气，除气时间10-30min；

⑽将熔体温度降至680℃，用钟罩将步骤⑶中预热至200～300℃的铝镁中间合金压入坩埚中心，并缓慢回转移动，然后加入步骤⑶中的铝镁合金覆盖剂；

⑾合金化结束后，轻轻搅拌合金液，将合金液温度调整至720～730℃，静止保温4～5min，浇入AOEM模具中，模具温度保持在150～200℃，得含稀土钇的超高强变形铝合金。

本发明的优点和积极效果是：

1、本材料中元素锌、镁、铜在铝合金中的相互作用，有效的提高了合金的抗拉强度，三种元素含量在特定的比例范围，有利于提高材料应力腐蚀抗力和对材料的强化效果。

2、本发明首次加入0.1～0.2%锆元素，不仅可细化铸造组织，而且可阻止再结晶过程，细化再结晶晶粒。