一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁鎂合金因具有高耐蝕性、低密度、表面光潔和可切削加工性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被主要應(yīng) 用于制造在燃?xì)狻⒑Ｋ雀g介質(zhì)下承受載荷的零部件。研究表明：稀土元素能夠使鋁鎂合 金晶粒細(xì)化，減少組織偏析，有可能形成A1-RE化合物，從而使其綜合性能得到提高；另外， 就其他各類型鋁鎂合金而言，組織的純凈化、細(xì)晶化和均質(zhì)化是提高合金綜合性能的基礎(chǔ)。 稀土在這些方面的作用尤為顯著，稀土在鋁合金中的存在形式和細(xì)化機(jī)理一直是稀土鋁合 金的一個(gè)主要研究范疇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方 法，已解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法，在純 鋁、純鎂的基礎(chǔ)上，以Al-Er中間合金的形式加入鉺，配制四種不同鉺添加量0. 2%-0. 6%的 Al-8Mn合金，先將純鋁放入石墨坩堝中熔化，740°C左右將Al-Er中間合金壓入金屬液，攪 拌三分鐘，加入六氯乙烷進(jìn)行精煉，扒渣后780°C時(shí)澆注到預(yù)熱至260°C的金屬型中，得到 10mm的鑄態(tài)試棒，進(jìn)行435°C X 16h固溶處理，出爐后60°C水冷。
[0005] 鉺的添加量為0· 4%。
[0006] 本發(fā)明的有益效果：稀土鉺通過對(duì)晶粒的細(xì)化作用，提高了 Al-8Mn合金的力學(xué)性 能；在固溶處理工藝（435°C X 16h)條件下，當(dāng)稀土鉺的添加量為0. 4%時(shí)，Al-8Mn合金的力 學(xué)性能最為優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度達(dá)到219MPa，延伸率達(dá)到4. 3% ; 在Al-8Mn合金中添加稀土鉺形成AlnEr3相，主要是以顆粒狀或短桿狀形態(tài)彌散分布 與晶界附近，通過阻礙晶間變形、釘扎晶界使合金力學(xué)性能得到提高。
【附圖說明】
[0007] 圖1為拉伸試驗(yàn)試樣尺寸圖； 圖2為不同鉺添加量Al-8Mn合金的力學(xué)性能； 圖3為不同鉺含量Al-8Mn合金的顯微組織，a. Al-8Mn ;b. Al-8Mn-0. 2Er ; c.Al-8Mn-0.4Er;d.Al-8Mn -0.6Er e. Al-8Mn (435 °C X16h 固溶處理）；f. Α1-8Μη-0· 4Er (435°C X 16h 固溶處理）； 圖4為固溶態(tài)不同鉺含量Al-8Mn合金的微觀形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 在純鋁、純鎂的基礎(chǔ)上，以Al-Er中間合金的形式加入鉺，配制四種不同鉺添加量 (0、0. 2%、0. 4%、0. 6%)的Al-8Mn合金，鎂的氧化燒損率按2%計(jì)算。先將純鋁放入石墨坩堝 中熔化，740°C左右將Al-Er中間合金壓入金屬液。攪拌三分鐘，加入六氯乙烷（C2C16)進(jìn)行 精煉，扒渣后780°C時(shí)澆注到預(yù)熱至260°C的金屬型中，得到10_的鑄態(tài)試棒（圖1)。
[0009] 將鑄態(tài)試棒在箱式電阻爐中進(jìn)行435°C X 16h固溶處理，出爐后60°C水冷。常溫 下，利用CSS-4410電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定試樣的抗拉強(qiáng)度及延伸率，拉伸速率為1mm/ min ;切取金相試樣，磨制并用體積分?jǐn)?shù)為4%的HF水溶液腐蝕；利用JSM-T200型掃描電鏡 及其能譜儀分析合金形貌及元素分布；用X-Pert PRO型X射線衍射儀分析合金中的物相。
[0010] 圖2為不同添加量鉺及固溶處理對(duì)Al_8Mn合金的力學(xué)性能影響的測(cè)試結(jié)果，可以 看出：當(dāng)鉺的添加量在0. 2-0. 4%之間時(shí)，鑄態(tài)及固溶態(tài)Al-8Mn合金的抗拉強(qiáng)度不斷增加， 延伸率卻變化平緩，當(dāng)鉺的添加量達(dá)到〇. 4%時(shí)，，表現(xiàn)出良好的綜合拉伸性能；進(jìn)一步增大 稀土 Ce的加入量，達(dá)到0. 6%時(shí)，Al-8Mn合金的抗拉強(qiáng)度、延伸率趨于降低?？梢?，適當(dāng)添 加量的稀土鉺及固溶處理能夠使Al-8Mn合金得到有效強(qiáng)化。
[0011] 圖3為不同鉺添加量的Al-8Mn合金顯微組織形貌，觀察可知稀土鉺對(duì)鑄態(tài)Al-8Mn 合金的顯微組織有著顯著的影響。未添加稀土鉺的Al-8Mn合金晶粒相對(duì)粗大，且枝晶較為 發(fā)達(dá)（圖3a);添加0. 2%的稀土鉺后，合金晶粒有所細(xì)化，但細(xì)化效果一般，仍能觀察到少部 分枝晶（圖3b);伴隨著稀土添加量的增加，添加了 0. 4%和0. 6%鉺的Al-8Mn合金組織明顯 細(xì)化，晶界析出相增多，且晶粒變得細(xì)?。▓D3c、d)。經(jīng)過435°C X16h固溶處理、水淬后，鑄 態(tài)Al-8Mn合金中枝晶組織消失，且晶界處析出相大量溶解（圖3e);觀察Al-8Mn-0. 4Er合 金（圖3f)，在其晶界及晶界附近區(qū)域除析出相溶解之外，在晶界處還殘留了一定量的高熔 點(diǎn)物相。
[0012] 圖4為固溶態(tài)不同鉺含量Al_8Mn合金的微觀形貌圖，對(duì)晶界處（圖b中1點(diǎn)）進(jìn) 行微區(qū)成分能譜分析：其原子百分比為74. 84%A1、6. 94%Mn、18. 22%Er (表1)，鋁元素與鉺元 素的原子比約為11:3,文獻(xiàn)表明[9]，該析出相為41#6相；當(dāng)Er的添加量為0. 2%和0. 4% 時(shí)，AlnEr3相主要是以球狀顆粒和短柄狀形態(tài)在晶界或靠近晶界處彌散分布（圖4a，b);當(dāng) Er的添加量達(dá)到0. 6%時(shí)，AlnEr3相的尺寸及數(shù)量增大，并且在晶界區(qū)域密集分布（圖4c)。
[0013] 表1 Α1-8Μη-0· 4Er合金能譜分析 由Al-8Mn合金力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果（圖2)，添加適量的稀土鉺能不同程度提高鑄態(tài)及 固溶態(tài)Al-8Mn合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率。Al-8Mn合金的力學(xué)性能主要取決于其顯微組織 特性，鑄態(tài)Al-8Mn合金的力學(xué)性能較低，這與鑄態(tài)合金中晶粒較為粗大、枝晶發(fā)達(dá)有關(guān)，當(dāng) 加入適量的稀土鉺后，其力學(xué)性能有所改善，而經(jīng)過435°C X 16h固溶處理后，其力學(xué)性能 又得到提升。分析可知：首先，稀土鉺能夠細(xì)化鑄態(tài)Al-8Mn合金晶粒，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化作用， EDS分析表明（表1)，鉺基本不溶于a -A1基體，而主要是形成AlnErJg分布于在晶界區(qū)域， 這說明稀土鉺在Al-8Mn合金中的固溶度極低[1° ]。在凝固過程中，稀土鉺趨于富集在固/ 液界面前沿，這樣就增大相界面處成分過冷度，進(jìn)而促進(jìn)基體晶粒均勻形核，細(xì)化了合金晶 粒；其次，AlnEr3相的形態(tài)及分布也對(duì)Al-8Mn合金力學(xué)性能存在一定影響，添加適量稀土 鉺會(huì)形成一定數(shù)量的細(xì)小顆粒狀或短桿狀A(yù)lnEr3相，沿晶界彌散分布（圖4b)，該類形態(tài)的 AlnEr3相可起到釘扎晶界、阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、防止晶間變形的作用，過量稀土鉺會(huì)使Al nEr3相 的尺寸及數(shù)量增大，且在晶界區(qū)域密集分布（圖4c)，根據(jù)晶界強(qiáng)化理論，粗大的高熔點(diǎn)物相 在晶界連續(xù)分布將降低晶界結(jié)合強(qiáng)度 [7]，導(dǎo)致稀土對(duì)合金的強(qiáng)化作用減弱；而適當(dāng)?shù)墓倘?處理工藝（435°C X16h)，能夠使析出相溶解到a -A1基體中，發(fā)生點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 作用，提高了 Α1-8Μη合金的力學(xué)性能。
[0014] 稀土鉺通過對(duì)晶粒的細(xì)化作用，提高了 Α1-8Μη合金的力學(xué)性能；在固溶處理工藝 (435°C X 16h)條件下，當(dāng)稀土鉺的添加量為0. 4%時(shí)，Α1-8Μη合金的力學(xué)性能最為優(yōu)良，抗 拉強(qiáng)度達(dá)到219MPa，延伸率達(dá)到4. 3% ; 在Al-8Mn合金中添加稀土鉺形成AlnEr3相，主要是以顆粒狀或短桿狀形態(tài)彌散分布 與晶界附近，通過阻礙晶間變形、釘扎晶界使合金力學(xué)性能得到提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法，其特征在于：在純鋁、純鎂的基 礎(chǔ)上，以Al-Er中間合金的形式加入鉺，配制四種不同鉺添加量0. 2%-0. 6%的Al-8Mn合金， 先將純鋁放入石墨坩堝中熔化，740°C左右將Al-Er中間合金壓入金屬液，攪拌三分鐘，加 入六氯乙烷進(jìn)行精煉，扒渣后780°C時(shí)澆注到預(yù)熱至260°C的金屬型中，得到10_的鑄態(tài)試 棒，進(jìn)行435°CX16h固溶處理，出爐后60°C水冷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法，其特征在 于：鉺的添加量為0. 4%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含稀土鉺的鑄態(tài)鋁錳合金材料及其制備方法，其特征在于：在純鋁、純鎂的基礎(chǔ)上，以Al-Er中間合金的形式加入鉺，配制四種不同鉺添加量0.2%-0.6%的Al-8Mn合金，先將純鋁放入石墨坩堝中熔化，740℃左右將Al-Er中間合金壓入金屬液，攪拌三分鐘，加入六氯乙烷進(jìn)行精煉，扒渣后780℃時(shí)澆注到預(yù)熱至260℃的金屬型中，得到10mm的鑄態(tài)試棒，進(jìn)行435℃×16h固溶處理，出爐后60℃水冷。
【IPC分類】C22C1/03, C22C21/00, C22F1/04
【公開號(hào)】CN105441723
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410519524
【發(fā)明人】溫興琴
【申請(qǐng)人】溫興琴
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年9月30日