一种ALMGZRER合金的热处理方法.pdf

一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法属于有色金属合金技术领域。本发明的目的在于提供一种适用于Al-Mg-Zr-Er合金的热处理工艺。本发明所提供的热处理工艺如下：在740～760℃下熔炼Al-Mg-Zr-Er合金，合金中Mg含量为4.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质含量≤0.5％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，并采用半连续方法浇铸合金，而后将合金从室温升温至420～520℃，保温6～18h，空冷。本发明所提供的热处理工艺可有效促进合金中Al3Er强化相的析出，提高合金力学性能和耐腐蚀性能。

1、  一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在740～760℃下熔炼Al-Mg-Zr-Er合金，合金中Mg含量为4.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质含量≤0.5％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使溶体中各元素成份分布均匀，最后用半连续方法浇铸合金；
2)对步骤1)所得合金进行热处理，将合金从室温升温至420～520℃，保温6～18h，而后空冷。

2、  根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤2)中将合金从室温升温至500℃，保温10h，而后空冷。

一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法
技术领域
本发明属于有色金属合金技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法。
背景技术
文献调查结果表明，微合金化是近年来铝合金中的一个研究热点，稀土元素的添加可以细化晶粒，生成的金属间化合物作为第二相，从而增加合金的强韧性，提高合金的力学性能。Al-Mg合金的强化机制主要是细晶强化、Mg原子的固溶强化和加工硬化等，上述强化机制在高温下强化效果减弱，如细晶粒在较高温度下会粗化；变形加工的位错在高温下易于滑移，减弱了加工硬化效果。合金中缺乏有效的第二相强化，为热处理不可强化合金。近年来对Er、Zr、Mn等在铝合金中的作用已经做了一定的研究，对于添加Mn等元素的Al-Mg合金的热处理工艺而言，虽然Al₆Mn相在尺寸较小时具有一定的强化效果，但是Al₆Mn相在高温下极易长大，粗大的第二相又将导致合金的力学性能和耐腐蚀性能性能下降。传统的均匀化工艺，其目的主要在于使成分均匀化和使过剩相溶解，对于添加了稀土元素的合金而言，由于均匀化退火过程中可以从过饱和固溶体中沉淀析出弥散的第二相，对合金的性能和后续加工产生重大的影响，而且这种强化相在高温下具有很好的稳定性，因此，对于添加稀土元素具有沉淀强化的合金而言，退火处理改善第二相的沉淀析出也将变得尤为重要。但是关于Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法的研究却未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法，促进Al₃Er等强化相析出，对合金起到弥散强化的作用，从而提高合金的力学性能，使合金变成热处理强化合金，高温下形成的稳定的Al₃Er强化相有助于提高铝合金的耐热性能。
本发明所提供的一种Al-Mg-Zr-Er合金的热处理方法，包括以下步骤：
1)在740～760℃下熔炼Al-Mg-Zr-Er合金，合金中Mg含量为4.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质含量≤0.5％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使溶体中各元素成份分布均匀，最后用半连续方法浇铸合金，提高各合金元素的固溶度；
2)对步骤1)所得合金进行热处理，将合金从室温升温至420～520℃，保温6～18h，而后空冷。
作为本发明优选的技术方案，步骤2)中将合金从室温升温至500℃，保温10h，而后空冷。
本发明采用半连续铸造的方法制备合金，由于冷却速度快，凝固组织为非平衡组织，铝基体中存在过饱和固溶的Er元素，将含有过饱和固溶Er元素的铝合金通过适当热处理(420～520℃)，可使得合金成分均匀化和过剩相溶解，同时在组织中均匀弥散析出第二相，利于后续加工和材料的最终性能。
本发明具有以下有益效果：
采用本发明所提供的热处理工艺，能够使得Al₃Er相，以及可能存在的Al₃(Zr，Er)相在均匀化退火过程中均匀弥散析出(尤其在优选的热处理工艺下，这种强化相能更好的析出，使得析出密度和尺寸达到最佳)，同时使得成分均匀化和过剩相充分溶解，显著提高合金力学性能的同时赋予合金良好的耐腐蚀性能。
附图说明
图1、Al-Mg-Zr-Er合金铸锭500℃退火10h后的透射电镜照片
图2、Al-Mg-Mn-Zr-Er合金铸锭500℃退火10h后的透射电镜照片
图3、图1中析出的第二相粒子的复合衍射图谱
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施例。
具体实施方式
实施例
1)在740～760℃下熔炼Al-Mg-Zr-Er合金，合金中Mg含量为4.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质含量≤0.5％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使溶体中各元素成份分布均匀，最后用半连续方法浇铸合金铸锭，硬度见表1；
2)对步骤1)所得合金铸锭进行热处理，将合金从室温升温至420～520℃，保温6～18h，而后空冷，共16组实验，取不同热处理状态的样品测试硬度，结果如表1所示。
对比例
1)在740～760℃下熔炼Al-Mg-Mn-Zr-Er合金，合金中Mg含量为4.7wt％，Mn含量为0.7wt％，Er含量为0.3wt％，Zr含量为0.1wt％，杂质含量≤0.5％，余量为Al，各合金元素熔化后进行搅拌，使溶体中各元素成份分布均匀，最后用半连续方法浇铸合金铸锭，硬度见表1；
2)对步骤1)所得合金铸锭进行热处理，将合金从室温升温至420～520℃，保温6～18h，而后空冷，共16组实验，取不同热处理状态的样品测试硬度，结果如表1所示。

表1、Al-Mg-Zr-Er合金与Al-Mg-Mn-Zr-Er合金的布氏硬度(HBS/Mpa)
从表1可以看出，对合金进行均匀化热处理后样品的硬度均比铸态硬度值高，说明本发明热处理工艺对合金具有增强作用。根据硬度值的提高效果，可以得出Al-Mg-Zr-Er合金最佳的热处理工艺条件是将合金铸锭于500℃下保温10h。
进一步的研究表明，本发明热处理工艺提高铝合金力学性能的原因是因为均匀化热处理促进Al₃Er，Al₃(Zr，Er)强化相的析出，图1为Al-Mg-Zr-Er合金500℃/10h处理后样品的透射电镜照片，图2为Al-Mg-Mn-Zr-Er合金500℃/10h处理后样品的透射电镜照片。从图1中可以看出热处理后合金中出现了弥散分布的Al₃Er，Al₃(Zr，Er)强化相。而图2中Al-Mg-Mn-Zr-Er合金中除了Al₃Er强化相外，Al₆Mn相已经长大到很大尺寸(图2)。
采用透射电镜对实施例1的合金中的第二相粒子与基体之间的共格关系作了复合电子衍射图谱分析(图3)，结果显示基体中析出的强化相粒子呈细小的豆瓣状(大小只有10～20nm)，与Al基体之间有一定的共格关系，可以起到良好的钉扎位错，阻碍滑移的作用，这样就有可能成为铝合金中的有效强化相。而图2中粗大的Al₆Mn相(大小＞500nm)与基体没有任何共格关系，合金的强化效果减弱，粗大的Al₆Mn相还将引起合金的耐腐蚀性能的降低。