專利名稱：：一種Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬合金
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的熱處理強(qiáng)化工藝。
背景技術(shù)：
：文獻(xiàn)調(diào)查表明(《鋁合金及其加工手冊》，中南大學(xué)出版社，2005年，292頁)，傳統(tǒng)Al-Mg系合金(5xxx系鋁合金)的強(qiáng)化機(jī)制主要是細(xì)晶強(qiáng)化、Mg原子的固溶強(qiáng)化和加工硬化等，上述強(qiáng)化機(jī)制在高溫下強(qiáng)化效果減弱，如細(xì)晶粒在較高溫度下會(huì)粗化；Mg原子在高溫下擴(kuò)散加快，固溶強(qiáng)化效果減弱；變形加工形成的位錯(cuò)在高溫下易于滑移，減弱了加工硬化效果。傳統(tǒng)Al-Mg系合金中缺乏有效的第二相強(qiáng)化，為熱處理不可強(qiáng)化合金，加熱處理只會(huì)減弱已有的強(qiáng)化機(jī)制，降低A1-Mg系合金的力學(xué)性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供適用于Al-Mg-Mn-Er-Zr合金(含Er的5xxx系鋁合金)的單級(jí)熱處理工藝和雙級(jí)熱處理工藝，促進(jìn)AhEr、Al6Mn等強(qiáng)化相的析出，對(duì)鋁合金起到彌散強(qiáng)化作用，從而提高Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的力學(xué)性能，使Al-Mg-Mn-Er-Zr合金變成熱處理強(qiáng)化合金，高溫下形成的穩(wěn)定的強(qiáng)化相有助于提高鋁合金的耐熱性能。本發(fā)明所提供的Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的單級(jí)熱處理工藝，包括以下步驟1)在720~740。C下熔煉Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量為4.5wt%，Mn含量為0.7wt°/。，Er含量為0.3wt°/。，Zr含量為0.lwt%,雜質(zhì)元素總含量小于lwt%,余量為Al,各合金元素熔化后進(jìn)行攪拌，使熔體中各元素成份分布均勻，最后利用水冷才莫澆鑄合金鑄錠；2)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行單級(jí)熱處理，將合金鑄錠于430~51(TC保溫4~20h，如圖l所示；其中，優(yōu)選將合金鑄錠于47(TC保溫16h。本發(fā)明采用水冷模鑄造技術(shù)制備鑄錠，由于水冷模鑄造技術(shù)冷卻速度較快，凝固過程為非平衡凝固，鋁基體中存在過飽和固溶的Er元素和Mn元素。將含有過飽和固溶Er元素和Mn元素的鋁合金鑄錠在適當(dāng)溫度加熱保溫(430510。C)，會(huì)從鋁基體中析出Al3Er、Al6Mn等強(qiáng)化相，對(duì)鋁合金起到強(qiáng)化作用。本發(fā)明所4是供的Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的雙級(jí)熱處理工藝，包括以下步驟1)在720~740。C下熔煉Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量為4.5wt°/。，Mn含量為0.7wt%，Er含量為0.3wt°/。，Zr含量為0.lwt°/。，雜質(zhì)元素總含量小于lwt%，余量為Al,各合金元素熔化后進(jìn)行攪拌，使熔體中各元素成份分布均勻，最后利用水冷模澆鑄合金鑄錠；2)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)熱處理，如圖2所示A、第一級(jí)熱處理將步驟1)制備的合金鑄錠于25031(TC保溫4~12h;B、第二級(jí)熱處理將步驟A熱處理的合金鑄錠于430510。C保溫4~20h。雙級(jí)熱處理工藝優(yōu)選先將合金鑄錠于280。C保溫8h，再于470°C保溫12h。雙級(jí)熱處理工藝，首先在250-310。C加熱保溫(第一級(jí))合金鑄錠，較低的加熱溫度有利于Al3Er、AhMn相的高密度形核，還可以降低大尺寸鑄錠的溫度應(yīng)力，減少鑄錠快速受熱時(shí)發(fā)生熱變形和熱開裂傾向；第一級(jí)加熱保溫后再升溫至430~510。C加熱保溫(第二級(jí))，較高的加熱溫度有利于細(xì)小的Al3Er、AhMn相生長，鋁基體中高密度分布的尺寸適中(10~100nm)的Al3Er、Al6Mn粒子可以4丁扎位錯(cuò)線的移動(dòng)，對(duì)鋁合金起到有效的增強(qiáng)效果。雙級(jí)熱處理工藝適合大尺寸鑄錠的熱處理，并有利于AhEr、Al6Mn強(qiáng)化相的密集析出。本發(fā)明具有以下益效果本發(fā)明所提供的單級(jí)和雙級(jí)熱處理工藝，促進(jìn)Al-Mg-Mn-Er-Zr合金中Al,Er、Al6Mn等強(qiáng)化相的析出和生長，調(diào)整強(qiáng)化相的分布，并通過強(qiáng)化相釘扎位錯(cuò)等機(jī)制起到強(qiáng)化作用，從而有效提高Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的力學(xué)性能，高溫形成的強(qiáng)化相還有助于提高鋁合金的耐熱性能。圖1、Al-Mg-Mn-Er-Zr合金單級(jí)熱處理工藝示意圖(單級(jí)熱處理保溫溫度T的范圍為430~510°C，保溫時(shí)間t的范圍為4~20h)圖2、A1-Mg-Mn-Er-Zr合金雙級(jí)熱處理工藝示意圖(第一級(jí)熱處理保溫溫度T!的范圍為250~310°C，保溫時(shí)間t!的范圍為412h;第二級(jí)熱處理保溫溫度T2的范圍為430~510°C,保溫時(shí)間t2的范圍為4~20h)圖3(a)為470。C/16h單級(jí)熱處理樣品透射電鏡照片圖3(b)為28(TC/8h+470。C/12h雙級(jí)熱處理樣品透射電鏡照片以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。具體實(shí)施例方式5實(shí)施例1)于720~740°C，熔煉Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量為4.5wt%，Mn含量為0.7wt%,Er含量為0.3wt°/。，Zr含量為0.lwt°/。，合金中雜質(zhì)元素總含量小于1wt°/。，余量為A1，各合金元素熔化后進(jìn)行攪拌，使熔體中各元素成份分布均勻，最后利用水冷模澆鑄合金鑄錠；2)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行單級(jí)熱處理，將合金鑄錠于430~510。C加熱保溫4~20h，共進(jìn)行了15組實(shí)驗(yàn)，取不同熱處理狀態(tài)的樣品測試硬度，采用HV-5型小負(fù)荷維氏硬度計(jì)對(duì)熱處理前后試樣進(jìn)行維氏硬度測試，試驗(yàn)載荷lKgf，加載時(shí)間15s,結(jié)果如表l所示。溫度4h8h12h16h2Oh鑄態(tài)430。C69.0370.3871.6270.7269.1567.5470。C70.4471.3771.5872.1671.11510°C70,5270.7770.3069.8868.75表lA卜4.5Mg-0.7Mn-0.3Er-0.1Zr合金鑄態(tài)及單級(jí)熱處理樣品維氏硬度HBS/MPa3)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)熱處理，先將合金鑄錠于250~310。C加熱保溫4~12h，再于430~510。C加熱保溫4~20h,共進(jìn)行了135組實(shí)驗(yàn)，取不同熱處理狀態(tài)的樣品測試硬度，采用HV-5型小負(fù)荷維氏硬度計(jì)對(duì)熱處理前后試樣進(jìn)行維氏硬度測試，試驗(yàn)載荷1Kgf，加載時(shí)間15s，結(jié)果如表2所示。6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2A1-4.5Mg-0.7Mn-0.3Er-0.1Zr合金雙級(jí)熱處理樣品維氏硬度，HBS/MPa由表1和表2可知，對(duì)AH.5Mg-0.7Mn-0.lZr-0.3Er合金鑄錠進(jìn)行單級(jí)熱處理和雙級(jí)熱處理后樣品硬度值均比鑄態(tài)樣品硬度值升高，說明本發(fā)明熱處理工藝對(duì)Al-4.5Mg-0.7Mn-0.lZr-0.3Er合金具有增強(qiáng)作用。根據(jù)硬度值的提高效果，可以得出最佳的單級(jí)熱處理工藝條件是將合金鑄錠于47(TC下保溫16h，最佳的雙級(jí)熱處理工藝條件是將合金鑄錠先于28(TC保溫8h,再于47(TC保溫12h。進(jìn)一步研究表明，上述熱處理工藝提高鋁合金力學(xué)性能的原因是因?yàn)闊崽幚砉に嚧龠M(jìn)AhEr和Al6Mn強(qiáng)化相的析出，圖3(a)為47(TC/16h處理后樣品的透射電鏡照片，圖3(b)為280。C/8h+47(TC/12h雙級(jí)熱處理后樣品的透射電鏡照片，從圖中可以看出熱處理后合金中均出現(xiàn)了彌散分布的Al3Er相(球形粒子)和Al6Mn相(細(xì)長粒子)，280°C/8h+470°C/12h雙級(jí)熱處理后樣品中強(qiáng)化相分布更加密集。Al3Er和Al6Mn強(qiáng)化相可以釘扎位錯(cuò)線的移動(dòng)，起到有效的增強(qiáng)作用。8權(quán)利要求1、一種Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的單級(jí)熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟1)在720～740℃下熔煉Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量為4.5wt％，Mn含量為0.7wt％，Er含量為0.3wt％，Zr含量為0.1wt％，雜質(zhì)元素總含量小于1wt％，余量為Al，各合金元素熔化后進(jìn)行攪拌，使熔體中各元素成份分布均勻，最后利用水冷模澆鑄合金鑄錠；2)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行單級(jí)熱處理，將合金鑄錠于430～510℃保溫4～20h。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中將所述的合金鑄錠于470。C保溫16h。3、一種Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的雙級(jí)熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟1)在720~740。C下熔煉Al-Mg-Mn-Er-Zr合金，合金中Mg含量為4.5wt%,Mn含量為0.7wt%,Er含量為0.3wt%，Zr含量為0.lwt%,雜質(zhì)元素總含量小于lwt°/。，余量為Al，各合金元素熔化后進(jìn)行攪拌，使熔體中各元素成份分布均勻，最后利用水冷模澆鑄合金鑄錠；2)對(duì)步驟1)所得合金鑄錠進(jìn)行雙級(jí)熱處理A、第一級(jí)熱處理將步驟1)制備的合金鑄錠于2S031(TC保溫4~12h;B、第二級(jí)熱處理將步驟A熱處理的合金鑄錠于43051(TC保溫4~20h。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙級(jí)熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中將所述的合金鑄錠在步驟A中于280。C保溫8h,再在步驟B中于47(TC保溫12h。全文摘要一種Al-Mg-Mn-Er-Zr合金的熱處理工藝屬于金屬合金
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明的目的在于提供適用于Al-4.5Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金鑄錠的單級(jí)和雙級(jí)熱處理工藝。所述的單級(jí)熱處理工藝是將合金鑄錠于430～510℃保溫4～20h，其中優(yōu)選于470℃保溫16h熱處合金鑄錠。雙級(jí)熱處理工藝中先將合金鑄錠于250～310℃保溫4～12h，再于430～510℃保溫4～20h，其中，優(yōu)選將合金鑄錠于280℃保溫8h，再于470℃保溫12h。本發(fā)明所提供的熱處理工藝，促進(jìn)合金中Al₃Er、Al₆Mn等強(qiáng)化相的析出和生長，提高合金的力學(xué)性能，高溫形成的強(qiáng)化相還有助于提高鋁合金的耐熱性能。文檔編號(hào)C22F1/047GK101497975SQ20081005738公開日2009年8月5日申請日期2008年2月1日優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日發(fā)明者劉永剛,左鐵鏞,林雙平,聶祚仁,蘇學(xué)寬,暉黃申請人:北京工業(yè)大學(xué)