專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁鎂系鋁合金，特別是指一種含稀土元素釹、鈧的Al-Mg-Nd-Sc鋁合金；屬于高性能結(jié)構(gòu)的金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：Al-Mg合金具有低密度、中強(qiáng)度、良好的焊接性能和腐蝕性能，在航空航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，與高強(qiáng)的Al-Cu系和Al-Zn系相比，其強(qiáng)度還是有待進(jìn)一步提高。而稀土元素不僅有細(xì)化晶粒的作用，還可以抑制再結(jié)晶，提高其高溫?zé)岱€(wěn)定性、耐蝕性等。目前在Al-Mg合金中添加稀土元素Sc的研究較多，Al3Sc粒子既可以抑制再結(jié)晶、形成非常細(xì)小彌散的亞結(jié)構(gòu)，又能通過(guò)析出強(qiáng)化效應(yīng)而使合金強(qiáng)度大幅度提高。由于Sc的成本較高，因此在加Sc的同時(shí)也可以在合金中添加少量Zr，形成彌散的Al3(Sc-Zr)粒子，其強(qiáng)化作用與Al3Sc粒子類(lèi)似。也有直接用稀土元素Er代替Sc加入Al-5Mg合金中來(lái)提高Al-5Mg合金的強(qiáng)度。而稀土元素Nd對(duì)有色金屬的作用，目前多數(shù)報(bào)道都是對(duì)鎂合金的，鋁合金的極少。稀土Nd的加入能顯著提高AM60合金的力學(xué)性能，并使合金組織得到細(xì)化。有文獻(xiàn)還顯示，微量合金元素Nd的添加延緩了Al-Si-Cii-Mg合金的時(shí)效過(guò)程，細(xì)化了強(qiáng)化相。但是目前尚未有關(guān)Nd在Al-Mg系鋁合金中應(yīng)用的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種組分配比合理、組分之間合金化效果明顯、強(qiáng)度高的Al-Mg-Nd-Sc鋁合金。本發(fā)明一一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，由下述組分(重量百分比)組成Mg:5.59.5，Zn:0.050.25，Ti:0.050.1,Nd:0.11.0，Sc:0.11.0，其余為A1。本發(fā)明一一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，由下述組分(重量百分比)組成:Mg:6.57.5，Zn:0.100.15，Ti:0.050.08，Nd:0.10.5,Sc:0.10.5，其余為A1。本發(fā)明---一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，由下述組分(重量百分比)組成:Mg:7.0，Zn:0.12,Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余為A1。本發(fā)明中，由于稀土Nd和Sc的加入使得Al-Mg合金晶粒顯著細(xì)化，而且當(dāng)Nd、Sc復(fù)合添加時(shí)晶粒最細(xì)；稀土Nd和Sc的加入，使ANMg合金的強(qiáng)度有所提高，其中Nd、Sc復(fù)合添加時(shí)強(qiáng)度最高，冷軋后Al-Mg-Nd-Sc合金的抗拉強(qiáng)度(<rb)提高約55MPa，屈服強(qiáng)度(0。.2)提高約30MPa，而延伸率(3)變化不大；同時(shí)Nd、Sc的加入，形成AbSc、AlwMg7Nd質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)起到了阻礙位錯(cuò)移動(dòng)和釘扎亞晶界的作用，因而抑制了Al-Mg合金再結(jié)晶，且合金的再結(jié)晶溫度提高了約5(TC。綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、組分之間合金化效果明顯、強(qiáng)度高，將Nd、Sc元素復(fù)合加入Al-Mg合金中，能顯著細(xì)化合金晶粒，提高合金的強(qiáng)度，比單獨(dú)添加Nd或Sc的效果好，同時(shí)還能抑制再結(jié)晶。Al-Mg合金是一種重要的工業(yè)鋁合金，由于Nd的價(jià)格比較便宜，在A1-Mg-Sc合金中添加Nd不會(huì)大幅度提高生產(chǎn)成本，相應(yīng)能提高其合金強(qiáng)度，可廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域。附圖l(a)為Al-Mg合金的均勻化后的顯微組織。附圖l(b)為Al-Mg-0.2Nd合金的均勻化后的顯微組織。附圖l(c)為Al-Mg-0.2Sc合金的均勻化后的顯微組織。附圖l(d)為Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的均勻化后的顯微組織。附圖2為Al-Mg合金和Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的硬度與退火溫度關(guān)系曲線(xiàn)；附圖3(a)為Al-Mg合金在冷軋后進(jìn)行325'C再結(jié)晶退火后的顯微組織。附圖3(b)為Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金在冷軋后進(jìn)行325。C再結(jié)晶退火后的顯微組織。其中附圖2中，1--Al-Mg合金的硬度與退火溫度關(guān)系曲線(xiàn)；2—Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的硬度與退火溫度關(guān)系曲線(xiàn)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明Al-Mg-Nd-Sc鋁合金在現(xiàn)有的鋁鎂系合金(Mg:5.59.5，Zn:0.050.25，Ti:0.050.1，其余為Al)中添加稀土Nd和Sc。本發(fā)明采用傳統(tǒng)的鑄錠冶金法制備A1-Mg-Nd-Sc合金，采用工業(yè)純Mg，Al-Mn、Al-Nd、Al-Sc中間合金及工業(yè)純Al配制合金，用石墨坩堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為810'C。用KC1+]\3(:1作精煉劑，來(lái)減少高溫下鋁合金的氧化，此舉還可以減少鋁合金中雜質(zhì)，有利于純度的提高。采用鐵模澆鑄，澆鑄溫度為730'C750。C，將合金澆入預(yù)熱至250。C的鐵模中。鑄錠經(jīng)480。CX24h均勻化處理，銑面后在420'C保溫2h，再進(jìn)行熱軋(變形量為80%),熱軋后樣品經(jīng)400'CXlh中間退火后冷軋(變形量為60%),最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。實(shí)施例1:采用鑄錠冶金方法制備Al-Mg-0.1Nd-0.1Sc合金，具體成分(重量百分比)為Mg:5.5，Zn:0.05，Ti:0.05，Nd:O.l，Sc:O.l，其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9%的高純鎂以及Al-Nd中間合金，用石墨坩堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)480'CX24h均勻化處理，銑面后將20mm厚的鑄錠在420'C保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm厚的薄板，熱軋后樣品經(jīng)400'CXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。實(shí)施例2:采用鑄錠冶金方法制備Al-Mg-1.0Nd-1.0Sc合金，具體成分(重5量百分比)為Mg:9.5，Zn:0.25，Ti:O.l，Nd:l.O，Sc:l.O，其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9%的高純鎂以及Al-Sc中間合金，用石墨坩堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)48(TCX24h均勻化處理，銑面后將20mm厚的鑄錠在42(TC保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm厚的薄板，熱軋后樣品經(jīng)40(TCXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。實(shí)施例3:采用鑄錠冶金方法制備Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金，具體成分(重量百分比)為Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9%的高純鎂以及ANNd、Al-Sc中間合金，用石墨坩堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)480'CX24h均勻化處理，銑面及蝕洗后將20mm厚的鑄錠在42(TC保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm，熱軋后樣品經(jīng)400°CXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。對(duì)比例l:采用鑄錠冶金方法制備A1-Mg合金，具體成分(重量百分比)為Mg:7.0，Zn:0.12,Ti:0.06,其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9%的高純鎂，用石墨坩堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)48(TCX24h均勻化處理，銑面后將20mm厚的鑄錠在420'C保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm厚的薄板，熱軋后樣品經(jīng)400°CXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。對(duì)比例2:采用鑄錠冶金方法制備Al-Mg-0.2Sc合金，具體成分(重量百分比)為Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Sc:0.2，其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9。/o的高純鎂以及Al-Sc中間合金，用石墨柑堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)480。CX24h均勻化處理，銑面后將20mm厚的鑄錠在42(TC保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm厚的薄板，熱軋后樣品經(jīng)400°CXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。對(duì)比例3:采用鑄錠冶金方法制備Al-Mg-0.2Nd合金，具體成分(重量百分比)為Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，其余為Al。所用原料為純度99.7%的工業(yè)鋁錠和純度99.9%的高純鎂以及Al-Nd中間合金，用石墨柑堝在井式電阻爐中進(jìn)行熔煉。澆鑄成錠后經(jīng)48(TCX24h均勻化處理，銑面后將20min厚的鑄錠在42(rC保溫2h，再進(jìn)行熱軋到2.5mm厚的薄板，熱軋后樣品經(jīng)400'CXlh中間退火后冷軋到lmm，最后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。參見(jiàn)附圖l(a)、(b)、(c)、(d)，將本發(fā)明實(shí)施例3及對(duì)比例1、2、3所得合金均勻化處理后，取均勻化態(tài)試樣進(jìn)行陽(yáng)極覆膜，并在金相顯微鏡下用偏光觀察微觀組織，其中圖l(a)為Al-Mg合金，圖l(b)為Al-Mg-0.2Nd合金，圖l(c)為Al-Mg-0.2Sc合金，圖l(d)為Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金。由圖可見(jiàn)，稀土Nd或Sc加入后有細(xì)化晶粒的效果，Nd、Sc復(fù)合添加時(shí)細(xì)化效果最顯著。然后再進(jìn)行熱軋——中間退火——冷軋得到lmm薄板，將冷軋薄板按國(guó)標(biāo)制成拉伸試樣，在CSS—44100電子萬(wàn)能拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)得冷軋態(tài)力學(xué)性能如表1。由表1可知，當(dāng)Nd、Sc復(fù)合添加時(shí)合金強(qiáng)度達(dá)到最大值，即Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的抗拉強(qiáng)度《yb為483MPa，屈服強(qiáng)度cy。.2為457MPa，延伸率6雖略有降低但變化不大。說(shuō)明稀土Nd、Sc的添加有利于合金強(qiáng)度的提高，這主要是由于稀土Nd、Sc加入后合金晶粒得到顯著細(xì)化。表l合金的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>參見(jiàn)附圖2，合金的硬度與退火溫度關(guān)系曲線(xiàn)可知，Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的終了再結(jié)晶溫度(375°C)要比Al-Mg合金的終了再結(jié)晶溫度(325°C)提高50。C。參見(jiàn)附圖3(a)、(b)，合金在325'C退火后的顯微組織，可見(jiàn)Al-Mg合金已經(jīng)發(fā)生了完全再結(jié)晶，而Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金仍主要呈現(xiàn)沿軋制方向的纖維狀組織，且局部有部分再結(jié)晶跡象，說(shuō)明Nd、Sc的添加能抑制合金的再結(jié)晶。權(quán)利要求1、一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，按重量百分比，由下述組分組成Mg5.5～9.5，Zn0.05～0.25，Ti0.05～0.1，Nd0.1～1.0，Sc0.1～1.0，其余為Al。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，按重量百分比，由下述組分組成Mg:6.57.5，Zn:0.100.15，Ti:0.050.08，Nd:0.10.5，Sc:0.10.5，其余為A1。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，按重量百分比，由下述組分組成Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余為A1。全文摘要一種Al-Mg-Nd-Sc鋁合金，由下述組分(重量百分比)組成Mg5.5～9.5，Zn0.05～0.25，Ti0.05～0.1，Nd0.1～1.0，Sc0.1～1.0，其余為Al。制備這種新型稀土鋁合金的方法是在Al-Mg合金熔煉過(guò)程中加入經(jīng)真空熔煉的Al-Nd及Al-Sc中間合金。本發(fā)明加工工藝簡(jiǎn)單，組分配比合理，通過(guò)釹、鈧稀土元素合金化的作用，顯著細(xì)化Al-Mg合金晶粒，提高合金強(qiáng)度；同時(shí)Nd、Sc的加入，形成Al₃Sc、Al₁₆Mg₇Nd質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)起到了阻礙位錯(cuò)移動(dòng)和釘扎亞晶界的作用，因而抑制了Al-Mg合金再結(jié)晶。由于Al-Mg合金本身就是一種廣泛用于航空航天領(lǐng)域的重要材料，因此，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上可以開(kāi)發(fā)出一系列含Nd、Sc的新型稀土鋁鎂合金，應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)等諸多領(lǐng)域。文檔編號(hào)C22C21/06GK101597708SQ200910043798公開(kāi)日2009年12月9日申請(qǐng)日期2009年6月30日優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日發(fā)明者劉楚明,李慧中,梁霄鵬,郭菲菲申請(qǐng)人:中南大學(xué)