[发明专利]一种强度稳定的耐热稀土铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，特别涉及一种强度稳定的耐热稀土铝合金。

背景技术

现有的耐热铝合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在铝基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段提高铝合金的热强性和高温蠕变抗力。

但是，目前的商业耐热铝合金，其存在的主要不足是耐热性能不够稳定，高温时强度下降较多，成本高，尚不能完全满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中在较宽的作业温度范围下使用时对铝合金强度稳定性的更高的要求，因此同时提高铝合金的强度和耐热性能是发展铝合金材料的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的耐热铝合金耐热性能不够稳定并且稀土用量较多成本高的问题，提供了一种强度稳定的耐热稀土铝合金。采用这样合金元素配比的稀土铝合金高温强度稳定性得到了明显的改善，而且稀土用量更少，成本更低，耐热性能尤其是高温强度更加稳定。

一种强度稳定的耐热稀土铝合金，由以下质量百分比的组分组成：7～8％Zn，4～5％Mg，3～4％Cu，0.3～0.5％Gd，余量为Al及不可避免的杂质；

所述杂质中元素Ni、Fe、Ti、Gr和Li总量小于0.2％；

所述耐热稀土铝合金是由铝、锌、镁、铜和中间合金Mg-30Gd为原料熔炼铸造并经过固溶和时效热处理而成。

上述耐热稀土铝合金的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述成分配制合金，放入加热炉中熔炼，当铝合金熔液升温至700～800℃时进行浇铸，即得到铸态铝合金；

2)将铸态铝合金经固溶处理后再进行时效处理，即得到产品；

较好的，所述固溶处理的工艺为440～520℃固溶处理8～12小时；所述时效处理的工艺为130～180℃等温时效处理15～20小时。

经分析检测，本发明耐热稀土铝合金产品的合金组分为Al-Zn-Mg-Cu-Gd，所述耐热稀土铝合金金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Cu+β-Al₂Gd)组成；合金的平均晶粒尺寸为40-50μm。

本发明合金的拉伸强度较好并且极其稳定，室温抗拉强度＞610MPa，200℃的抗拉强度＞590MPa，250℃的抗拉强度＞580MPa，300℃的抗拉强度＞550MPa；由室温到300℃范围内，合金的抗拉强度随着温度的升高而降低的幅度低于20％。

本发明的原理为：

本发明稀土铝合金的组分为Al-Zn-Mg-Cu-Gd。目前，稀土元素是提高铝合金耐热性能最有效的合金元素，稀土元素在铝合金中除了具有除气、除杂、提高铸造流动性、耐蚀性能以外，同时大部分稀土元素在铝中具有较大的固溶度，而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到过饱和铝合金固溶体，在人工时效过程中析出弥散的、高熔点的稀土相。稀土元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界主要是晶界的弥散的、高熔点稀土化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，提高铝合金的高温强度。同时，稀土元素在铝基体中的扩散速率较慢，这使得稀土铝合金适于在较高温度环境下长期工作。本发明采用的重稀土Gd在铝中的最大固溶度为0.82％，是稀土元素中固溶度较大的元素。在铝-稀土二元合金中，Al-Gd合金的高温强度与蠕变性能表现最显著，合金中的析出平衡相是Al₂Gd，具有较高的熔点，对铝合金的室温及高温力学性能产生较好的强化效果。

锌、镁和铜是铝合金中重要的合金元素，锌、镁在铝基体中有较大的固溶能力，固溶度分别为12.7wt％、8.3wt％，在铝基体中加入锌、镁元素后形成β-Al₂Mg₃Zn₃、β-Al₂Cu相，并以离异共晶的形式存在，锌、镁和铜在铝合金中起到强化作用主要体现在两个方面，一是通过形成β-Al₂Mg₃Zn₃、β-Al₂Cu相的第二相强化，二是锌、镁原子在铝基体中的固溶强化。

与现有技术相比，本发明的优势在于：