[发明专利]一种添加Zr或Mg元素的2117铝合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种2117铝合金的制备工艺，特别涉及一种添加Zr或Mg元素的2117铝合金及其制备工艺。

背景技术

铝是地壳中分布最广泛和蕴藏量较大的有色金属之一，自19世纪被发现以来，由于具有一系列良好的综合性能而被大量使用，目前是使用量仅次于钢铁的金属。Al的原子序数为13，原子量为26.9815，密度为2.7×103kg/m3（25℃），熔点为660.24℃，沸点为2467℃。纯铝是是一种具有银白色金属光泽的轻金属，较软，具有面心立方晶格（a=0.40486nm）结构，无同素异构转变。

铝对光的反射性能良好，具有很好的导电性，是热的良导体，纯铝有良好的延展性，耐蚀能力强且具有自疗性。但纯铝的强度很低，不适于做结构材料，退火的Al板，=80～100MPa。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素，形成铝合金。铝合金仍然保持纯铝的密度小和耐蚀性能好的特点，且力学性能比纯铝高得多。根据合金的成分及加工工艺特点，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金塑性好，适于加工成型；铸造铝合金塑性差，不适于塑性加工，但其流动性好，适合于铸造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种2117铝合金的制备工艺，以通过添加Zr或Mg元素来提高2117铝合金的性能。

本发明的技术方案是：一种添加Zr或Mg元素的2117铝合金，2117铝合金中添加质量分数为0.1-0.5%的Mg或0.01-0.05%的Zr。

Mg的最优添加量为0.3%，Zr的最优添加量为0.01-0.02%。

一种添加Zr或Mg元素的2117铝合金的制备工艺，将称量好的铝放入坩埚内，在井式电阻炉中加热至熔化，用钛棒除去铝液表面的膜，待温度升至780～800℃时，加入相应的中间合金Al-Zr或Al-Mg，并搅拌3～5mi，静置待温度回升至800℃时，浇注在400℃左右预热的模具中，冷却后取出。

本发明的有益效果：

1.随着Zr、Mg元素的加入，导电率逐渐下降，且Zr元素的影响更明显。含0.01%Zr试样的导电率为58.77%，大于58%IACS，满足供电电缆要求；含0.1%Mg试样的导电率为58.07%，大于58%IACS,满足供电电缆要求；试样Mg含量在0.3%时导电率下降趋势缓慢；

2.随着Zr、Mg元素含量的增加，抗拉强度不断提高。Zr元素对室温力学性能的提升不是特别明显；Mg元素对抗拉强度的影响特别明显，当Mg元素的含量为0.3%时，抗拉强度值有突变；

3.从宏观铸态组织可以观察到，Zr、Mg元素的加入都可以细化晶粒，铸态组织从柱状晶变成了等轴晶，且Zr元素的细化效果更明显；

4.通过能谱检测可以看出：晶界处有Zr元素存在，晶粒内部固溶Zr元素，产生固溶强化，提高力学性能；晶粒内Zr元素含量较高，可能生成的粗大的初生Al3Zr相，该相对铝合金性能有百害而无一利。杂质元素Si可能形成三元化合物Al12Fe3Si，而杂质元素Fe除了与Al和Si形成三元化合物Al12Fe3Si，也有可能生成AlFe相析出；

综合考虑，含0.3%Mg的试样综合性能最好，而Zr元素对导电率影响明显但对室温力学性能影响不大，添加量不宜过高,应控制在0.01～0.02%。

附图说明

图1为Zr加入量与试样导电率的关系曲线；

图2为Mg加入量与试样导电率的关系曲线；

图3为Zr加入量与试样抗拉强度的关系曲线；

图4为Mg加入量与试样抗拉强度的关系曲线。

具体实施方式

由于Zr、Mg与铝熔点相差较大，且Zr的闪燃点较低，直接加入易烧损，所以一般以中间合金的形式加入，为此必须配制中间合金。

为了便于计算称量，确定制备质量分数为7.5%的Al-Mg中间合金和5%的Al-Zr中间合金。中间合金的熔制过程如表1.1。

采用容量为50g的刚玉坩埚熔制合金，方便取出浇注后的剩渣，节约成本。试样浇注的模具选用直径为11mm长为120mm的钢管，便于取出试样及试样性能的测定。合金在井式电阻炉中熔炼，方便合金元素的添加及搅拌。