專(zhuān)利名稱(chēng)：：含鐠抗再結(jié)晶耐蝕鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬合金領(lǐng)域，特別涉及抗再結(jié)晶耐蝕鋁合金。技術(shù)背景通過(guò)多元微合金化形成微細(xì)彌散相，有效地抑制再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大、保持變形回復(fù)組織，是同時(shí)提高鋁合金強(qiáng)度和抗腐蝕性能的途徑之一。早期，通過(guò)加入微量Cr、Mn形成非共格鋁化物彌散相。后改為加入Zr，形成亞穩(wěn)Lh型Al3Zr彌散相，這樣提高了抑制再結(jié)晶的抗力，改善了應(yīng)力腐蝕抗力，但亞穩(wěn)Ll2型Al3Zr在高溫長(zhǎng)時(shí)均勻化和固溶處理中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪哺竦姆€(wěn)定D023型Al3Zr彌散相，因此，抑制再結(jié)晶的作用會(huì)隨之降低。加入微合金化元素Sc是目前抑制再結(jié)晶效果最好的辦法，它可以形成與基體共格的微細(xì)Al3Sc彌散相粒子，在提高強(qiáng)度的同時(shí)能改善合金的韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能；也可以用Zr代替部分Sc，形成多元鋁化物，效果更為顯著。但由于Sc的價(jià)格昂貴，目前市面價(jià)格約為4萬(wàn)元人民幣/千克，因此，難以實(shí)際用于工業(yè)鋁合金的生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在Al-Mg-(Zn-Cu)鋁合金中復(fù)合添加價(jià)格便宜的微合金化元素，以形成新型高效的多元鋁化物彌散相，有效抑制合金的再結(jié)晶，提高合金的強(qiáng)度、抗斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案為一種抗再結(jié)晶耐蝕鋁合金，包括主合金元素Al-Zn-Mg或Al-Zn-Mg-Cu或Al-Mg或Al-Cu-Mg，以及總含量占合金質(zhì)量百分比為0.11.3。/。的Zr-Cr-Pr。其中Zn、Mg、Cu占合金的質(zhì)量百分比為Zn:09.2%;Mg:0.25.6%;Cu:0~6.8%。其中Zr、Cr和Pr占合金的質(zhì)量百分比分別為Zr:0.020.35%;Cr:0.040.5%;Pr:0.03~0.45%。在上述鋁合金中，還可微量添加Mn、Ti，加入Mn、Ti的質(zhì)量百分比為Mn:0~0.5%;Ti:0~0.1%。本發(fā)明在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中添加Zr的同時(shí)，復(fù)合添加Cr和稀土元素Pr，形成多元彌散相，有效抑制了Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再結(jié)晶，保持了Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的強(qiáng)度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。而且Zr、Cr等微合金和稀土金屬Pr價(jià)格相對(duì)便宜，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的含Zr和Cr和稀土元素Pr的抗再結(jié)晶耐蝕Al-Mg-(Zn-Cu)合金，可應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。圖1:對(duì)比例1的A-l合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖2:對(duì)比例2的A-2合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖3:對(duì)比例3的A-3合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖4:對(duì)比例4的A-4合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖5:對(duì)比例5的A-5合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖6:對(duì)比例6的A-6合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖7:對(duì)比例7的A-7合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖8:對(duì)比例8的A-8合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖9:實(shí)施例1的B-l合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖10:實(shí)施例2的B-2合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖11:實(shí)施例3的B-3合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖12:實(shí)施例4的B-4合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖13:實(shí)施例5的B-5合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖14:實(shí)施例6的B-6合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖15:實(shí)施例7的B-7合金固溶態(tài)金相顯微組織圖；圖16:實(shí)施例1的B-l合金時(shí)效態(tài)透射電鏡組織圖；圖17:T6時(shí)效態(tài)下3.5%NaCl水溶液中對(duì)比例1、實(shí)施例1的合金裂紋擴(kuò)展速率V-應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線圖；圖18:T6時(shí)效態(tài)下3.5%NaCl水溶液中對(duì)比例2、實(shí)施例2的合金裂紋擴(kuò)展速率v-應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線圖；圖19:T6時(shí)效態(tài)下3.5%NaCl水溶液中對(duì)比例3、實(shí)施例3的合金裂紋擴(kuò)展速率v-應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線圖；圖20:T6時(shí)效態(tài)下3.5%NaCl水溶液中對(duì)比例4、實(shí)施例3的合金裂紋擴(kuò)展速率v-應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線圖；圖21:T6時(shí)效態(tài)下3.5。/。NaCl水溶液中對(duì)比例5、實(shí)施例4的合金裂紋4擴(kuò)展速率V-應(yīng)力強(qiáng)度因子曲線圖。具體實(shí)施方式對(duì)比例1:鑄錠冶金法制備表1中的A-l合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780'C，高純鋁熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr中間合金，降至76(TC，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。對(duì)比例2:帝lj備表1中的A-2合金。制備方法如對(duì)比例1所述。對(duì)比例3:制備表1中的A-3合金。制備方法如對(duì)比例1所述。對(duì)比例4:制備表l中的A-4合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780'C，高純鋁熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al-Sc中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。對(duì)比例5:制備表l中的A-5合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780。C，高純鋁熔化后，加入A1-Zr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。對(duì)比例6:制備表l中的A-6合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780。C，高純鋁熔化后，加入A1-Cu中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4°/。的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。對(duì)比例7:制備表l中的A-7合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為76(TC，高純鋁熔化后，加入工業(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4°/。的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。對(duì)比例8:制備表l中的A-8合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780。C，高純鋁熔化后，加入A1-Cu、Al-Zr、Al國(guó)Cr、Al德、Al-Ti中間合金,降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%),熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例1:制備表中B-l合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780'C，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al陽(yáng)Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%),熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙烷(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例2:制備表中B-2合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780°C，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al畫(huà)Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金,降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例3:制備表中B-3合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為78(TC，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例4:制備表中B-4合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為7S0。C，高純鋁熔化后，加入Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%),除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例5:制備表中B-5合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為7S(TC，高純鋁熔化后，加入Al誦Cu、Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例6:制備表中B-6合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780°C,高純鋁熔化后，加入Al-Cr、Al-Zr、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。實(shí)施例7:制備表中B-7合金。將高純鋁(純度為99.99%)加入到石墨粘土坩堝，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉溫度為780'C，高純鋁熔化后，加入Al-Cu、Al-Zr、Al-Cr、Al-Mn、Al-Ti、Al-Pr中間合金，降至760。C，加入工業(yè)純Zn(純度為99.9%)，熔化并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠹尤牍I(yè)純Mg(純度為99.9%)，除去表面渣后，加入0.2%0.4%的六氯乙垸(C2C16)精煉劑排渣除氣，靜置1015分鐘，澆入鐵模中，冷卻后脫模。A-l合金、A-2合金、A-3合金、A-4合金、B-l合金、B-2合金、B-3合金鑄錠經(jīng)465。C/24h均勻化退火后，再在41(TC43(TC進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為12.2，之后進(jìn)行固溶處理，固溶制度如下450"C保溫1小時(shí)，升溫至470°C保溫1小時(shí)，繼續(xù)升溫至480。C保溫2小時(shí)，冷水淬火，T6時(shí)效(130。C保溫24小時(shí))。A-5合金、B-4合金、A-8合金、B-7合金鑄錠經(jīng)465°C/24h均勻化退火后，再在41(TC-430'C進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為12.2，之后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為475。C，冷水淬火，T6時(shí)效(120。C保溫24小時(shí))。A-6合金、B-5合金鑄錠經(jīng)500°C/20h均勻化退火后，再在410。C430。C進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為12.2，之后進(jìn)行固溶處理，固溶制度如下490。C保溫2小時(shí)，升溫至506t:保溫20分鐘，冷水淬火，T6時(shí)效(160。C保溫18小時(shí))。A-7合金、B-6合金鑄錠經(jīng)47(TC/13h均勻化退火后，再在410。C430。C進(jìn)行熱擠壓，擠壓比為12.2，之后進(jìn)行固溶處理，固溶制度如下45(TC保溫l小時(shí)，升溫至470。C保溫1小時(shí)，繼續(xù)升溫至480。C保溫1小時(shí)。取合金固溶態(tài)試樣，電解拋光及陽(yáng)極覆膜后在MeF3A金相顯微鏡下用偏振光觀察微觀組織。圖1~8分別為A-lA-8合金的固溶態(tài)顯微組織圖；圖9~圖15分別為B-l~B-7合金的固溶態(tài)顯微組織圖。用JEOL-100透射電子顯微鏡觀察B-l合金及時(shí)效后析出相的分布狀態(tài)，圖16為B-l合金的時(shí)效態(tài)透射電鏡組織。對(duì)比例的A-lA-8(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖l-8)合金經(jīng)擠壓、固溶處理后己經(jīng)發(fā)生完全或部分再結(jié)晶。而復(fù)合添加Zr-Cr-Pr的B-lB-7合金(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖9~15)的固溶態(tài)顯微組織為纖維狀的加工態(tài)組織，未發(fā)生再結(jié)晶。在Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中，單獨(dú)添加微量Zr的A-l、A-2、A-3、A-5合金已經(jīng)發(fā)生明顯的再結(jié)晶(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖1~3、5)，而復(fù)合添加Zr-Cr-Pr的B-l、B-2、B-3、B-4仍基本保持纖維狀的加工態(tài)組織(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖9~12)，與已經(jīng)發(fā)生部分再結(jié)晶的A-8合金比(參見(jiàn)附圖8)，復(fù)合添加Zr-Cr-Pr的B-7合金仍基本保持纖維狀的加工態(tài)組織(參見(jiàn)附圖15)。因此說(shuō)，Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金中復(fù)合添加Zr-Cr-Pr較好地抑制了再結(jié)晶。在A1-Cu-Mg和Al-Mg合金中，未添加Zr-Cr-Pr的A-6、A-7合金發(fā)生明顯的(完全)再結(jié)晶并為細(xì)小等軸晶粒(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖6、7)，而復(fù)合添加Zr-Cr-Pr的B-5、B-6合金仍基本保持纖維狀的加工態(tài)組織(對(duì)應(yīng)參見(jiàn)附圖13、14)，因此說(shuō)，Al-Cu-Mg或Al-Mg合金中復(fù)合添加Zr-Cr-Pr較好地抑制了再結(jié)晶o表2是T6時(shí)效態(tài)下，微合金化Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg合金的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力強(qiáng)度因子數(shù)據(jù)表。從表2中可以看出，添加Zr-Cr-Pr的B-l合金時(shí)效態(tài)的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例1中的A-l合金；添加Zr-Cr-Pr的B-2合金時(shí)效態(tài)的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例2中的A-2合金；添加Zr-Cr-Pr的B-3合金時(shí)效態(tài)的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例3添加Zr的A-3合金和對(duì)比例4添加Zr-Sc的A-4合金；添加Zr-Cr-Pr的B-4合金時(shí)效態(tài)的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例5中的A-5合金。添加Zr-Cr-Pr的B-7合金時(shí)效態(tài)的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例8中的A-8合金。添加Zr-Cr-Pr的B-l合金應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于對(duì)比例1僅含Zr的A-l合金(參見(jiàn)附圖17);添加Zr-Cr-Pr的B-2合金應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于對(duì)比例2僅含Zr的A-2合金(參見(jiàn)附圖18);添加Zr-Cr-Pr的B-3合金應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于對(duì)比例3僅含Zr的A-3合金(參見(jiàn)附圖19);添加Zr-Cr-Pr的B-3合金應(yīng)力腐蝕性能均優(yōu)于對(duì)比例4含Zr-Sc的A-4合金(參見(jiàn)附圖20);添加Zr-Cr-Pr的B-4合金應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于對(duì)比例5含Zr的A-5合金(參見(jiàn)附圖21)。以上說(shuō)明，添加Zr-Cr-Pr不但提高了Al-Zn-Mg-(Cu)合金的強(qiáng)度、塑性和抗斷裂韌性，同時(shí)還提高了合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。表l各應(yīng)用例中的合金成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2丁6時(shí)效態(tài)下微合金化八1^11-^^-(Cu)合金的硬度、力學(xué)性能和應(yīng)力強(qiáng)度<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>A陽(yáng)396.5721.9698.89.320.09.0A-495.8---18.48.8A國(guó)577.2445.8433.39.6-8.2A-882.5514.8473.07.0-11.0B-l98.0---33.619.0B-299.7---30.618.0B國(guó)398.4---32.917.4B-481.8----16.2B-784.1----16.5注IQc測(cè)試時(shí)裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閿D壓方向權(quán)利要求1.一種抗再結(jié)晶耐蝕鋁合金，包含主合金元素Al-Zn-Mg-Cu或Al-Zn-Mg或Al-Mg或Al-Mg-Cu，其特征在于還包含占合金質(zhì)量百分比為0.1～1.3％的Zr-Cr-Pr，所述Zn、Mg、Cu元素占合金的質(zhì)量百分比分別為Zn0～9.2％；Mg0.2～5.6％；Cu0～6.8％。2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于所述Zr、Cr和Pr占合金的質(zhì)量百分比分別為Zr:0.02-0.35%;Cr:0.04~0.5%;Pr:0.030.45%。3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁合金，其特征在于所述鋁合金還包含Mn、Ti，所述Mn、Ti占合金的質(zhì)量百分比為Mn:0~0.5%;Ti:0~0.1%。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種抗再結(jié)晶耐蝕鋁合金，該合金由主合金元素Al-Mg-(Zn-Cu)，以及占合金質(zhì)量百分比為0.1～1.3％的Zr-Cr-Pr組成。通過(guò)在Al-Mg-(Zn-Cu)合金中，復(fù)合添加Zr、Cr和Pr，形成多元鋁化物彌散相，有效抑制Al-Mg-(Zn-Cu)合金的再結(jié)晶，保持形變回復(fù)組織，提高了合金的強(qiáng)度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能；且Zr、Cr和Pr價(jià)格相對(duì)便宜，適于工業(yè)化生產(chǎn)。文檔編號(hào)C22C21/00GK101323922SQ200710035109公開(kāi)日2008年12月17日申請(qǐng)日期2007年6月12日優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日發(fā)明者茁張,方華嬋,祝昌軍,陳康華申請(qǐng)人:中南大學(xué)