專利名稱：一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微合金化的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
耐熱鋁合金是指在高溫下有足夠的抗氧化性和在溫度和載荷(動態(tài)和靜態(tài))的長時間作用下，具有抗塑性變形(蠕變)和破壞能力及導(dǎo)熱性好和密度低等特點(diǎn)。在兵器、船舶、航空、航天、汽車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如坦克裝甲車輛發(fā)動機(jī)的活塞、缸套、連桿、箱體、缸蓋，導(dǎo)彈殼體、尾翼、航空發(fā)動機(jī)汽缸、葉片、飛機(jī)蒙皮等。提高鋁合金的耐熱性能關(guān)鍵是要使合金中析出形成大量彌散分布的熱穩(wěn)定性析出相(在較高的溫度條件下長大和粗化緩慢，而且部分發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變)。近年來，國內(nèi)外大量學(xué)者對稀土元素在鋁合金的耐熱性能的作用做了大量的研究。這些研究主要集中在La、Ce、Y、Sc、Zr和混合稀土對鋁合金的影響，其中對稀土元素Sc研究最為深入，在Al-Si系、Al-Zn-Mg系及Al-Mg系等鋁合金中添加Sc均取得了令人滿意的研究結(jié)果。然而，添加Sc大大增加了鋁合金的生產(chǎn)成本，使含Sc鋁合金在工業(yè)中的應(yīng)用受到了限制。將Er加入到鋁合金中，能生成與Al3Sc作用相同的Ll2結(jié)構(gòu)的Al3Er相，可以提高鋁合金的再結(jié)晶溫度，更能有效的起到細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等積極作用，提高鋁合金的綜合使用性能。而且Er的價格比較便宜，在鋁合金中添加少量的Er元素不會大幅度提高生產(chǎn)成本，能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。然而，在常規(guī)鑄錠冶金的凝固過程中Er在鋁合金中的固溶度有限，限制了其作用的進(jìn)一步提高。通過復(fù)合添加其它能夠生成Ll2結(jié)構(gòu)析出相的合金元素有可能提高析出密度，從而進(jìn)一步發(fā)揮合金化的作用。除了 Sc以外，Zr是一種能夠生成亞穩(wěn)Ll2結(jié)構(gòu)析出相的合金元素，Zr和Er復(fù)合微合金化后，在Al3Er相的誘導(dǎo)下有可能使得析出相保持穩(wěn)定的L12結(jié)構(gòu)，而且可以阻礙Al3Er相的長大和粗化，因此可以獲得良好的強(qiáng)化效果和熱穩(wěn)定性，例如發(fā)明專利ZL201010515843.7所描述的一種Al-Er-Zr合金具有顯著的時效強(qiáng)化效果。但是Zr本身的析出過程非常緩慢，尤其是成份較低的情況下需要幾千個小時才能充分析出，Si的添加能夠促進(jìn)Zr的析出，因此Er，Zr和Si的復(fù)合有可能充分發(fā)揮各自的作用，起到更加良好的微合金化效果。本發(fā)明正是在基于以上考慮的情況下，設(shè)計了 Al-Er-Zr-Si合金，尋找其合適的成份范圍和相應(yīng)的熱處理工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過復(fù)合微合金化的方法，尋找Er，Zr, Si協(xié)同發(fā)揮強(qiáng)化作用的規(guī)律，從而提高鋁合金的性能。本發(fā)明所提供的Al -Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了
0.05 0.25% (重量百分比)的Er，0.2 0.3% (重量百分比)的Zr，0.01 0.2% (重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質(zhì)。
進(jìn)一步優(yōu)選純鋁基體中加入了 0.15 0.25% (重量百分比)的Er，0.25 0.3%(重量百分比)的Zr，0.05 0.15% (重量百分比)的Si。該合金的制備方法是在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金實(shí)現(xiàn)的，或進(jìn)一步加入鋁硅合金，調(diào)節(jié)合金的元素，熔煉溫度為780±10°C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。鑄錠隨后進(jìn)行固溶時效熱處理，其工藝包括以下步驟:首先在630± 10 °C固溶20 30小時，隨后水淬到室溫，然后在350°C等溫時效。優(yōu)選350°C等溫時效的保溫時間10分鐘-1000小時，更優(yōu)選1-100小時。本發(fā)明由于采用了 Er、Si和Zr復(fù)合微合金化，具有非常顯著且較快速的時效強(qiáng)化效果，如附圖1 所示，A1-0.2Er-0.28Zr-0.1Si (S3 號樣)和 Al-0.2Er_0.28Zr_0.2Si(S4 號樣)相對Al-Er-Zr (S1、S2)合金提高了時效強(qiáng)化效果的速度和峰值硬度，而且該合金具有良好的耐熱性能。


圖1:350°C等溫時效曲線；圖2:S4合金的短時(Ih)耐熱性能曲線；圖3:S4合金固溶態(tài)及時效態(tài)高溫壓縮強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
實(shí)例1:采用石墨坩堝熔煉和鐵模鑄造制備合金鑄錠，所用原料為純鋁和Al_6Er，Al-4Zr，A1-20S1中間合金，熔煉溫度為780±10°C。到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。制備了 5種不同設(shè)計成份的合金，并通過XRF測試了其實(shí)際成分，如下表I所示。表I實(shí)驗合金成份
權(quán)利要求
1.一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 0.05-0.25% (重量百分比)的Er，0.2-0.3% (重量百分比)的Zr，0.01-0.2% (重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金，其特征在于，純鋁基體中加入了0.15 0.25% (重量百分比)的Er, 0.25 0.3% (重量百分比)的Zr，0.05 0.15% (重量百分比)的Si。
3.制備權(quán)利要求1所述的鋁合金的方法，其特征在于，在熔煉鋁的過程中加入AlEr和AlZr中間合金實(shí)現(xiàn)的，或進(jìn)一步加入鋁硅合金，調(diào)節(jié)合金的元素，熔煉溫度為780±10°C，到達(dá)熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄并進(jìn)行固溶時效熱處理。
4.權(quán)利要求1一種Al-Er-Zr-Si耐熱招合金固溶時效熱處理方法,其特征在于:首先在630± 10°C固溶20-30小時，隨后水淬到室溫，然后在350°C等溫時效。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，350°C等溫時效的保溫時間10分鐘-1000小時。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，350°C等溫時效的保溫時間1-100小時。
全文摘要
一種Al-Er-Zr-Si耐熱鋁合金及其熱處理工藝，屬于合金技術(shù)領(lǐng)域。純鋁基體中加入了0.05-0.25%(重量百分比)的Er，0.2-0.3%(重量百分比)的Zr，0.01-0.2%(重量百分比)的Si，以及其它不可避免的雜質(zhì)。該合金的固溶時效熱處理工藝包括以下步驟，首先在640±10℃固溶20～30小時，隨后水淬到室溫，然后在350℃等溫時效。本發(fā)明由于采用了Er,Zr和Si復(fù)合微合金化，具有非常顯著的時效強(qiáng)化效果，相對Al-Er-Zr合金提高了時效強(qiáng)化的速度和峰值硬度，而且該合金具有良好的耐熱性能。
文檔編號C22F1/04GK103225028SQ201310084930
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者聶祚仁, 田舒, 文勝平, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)