專利名稱：一種Al-Yb-Zr耐熱鋁合金及其熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種經過微合金化的鋁合金材料及其熱處理工藝，屬于金屬合金技術領域。
背景技術：
鋁合金強度和導電率提高之間存在相互矛盾之處，提高強度必然要提高合金元素的含量或者提高加工變形量，而合金元素含量的提高和加工量的提高都將使電導率下降。同時，一般耐熱合金導線中Zr的添加雖然能夠提高合金的耐熱性能，但是Zr含量較低的Al-Zr合金的時效強化效果較差，其對強度提高的作用并不明顯；增加Zr元素的含量能夠起到一定的析出強化作用，但合金的導電率顯著下降。這意味著強度和耐熱性的提高都將使電導率相應下降。因此要得到高強度、高耐熱性能、高導電率三者結合的鋁合金導體材料，則必須要找到一種新的導向合金成分及其制備方法，在添加很少量的合金元素的條件下就能析出大量均勻彌散分布、且具有熱穩(wěn)定性的強化相。近年來，國內外大量學者對稀土元素在鋁合金中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果。然而，添加Sc 大大增加了鋁合金的生產成本，使含Sc鋁合金在工業(yè)中的應用受到了限制。將Yb加入到鋁合金中，能生成與Al3Sc作用相同的Ll2結構的Al3Yb相，可以提高鋁合金的再結晶溫度，更能有效的起到細晶強化和彌散強化等積極作用，提高鋁合金的綜合使用性能。而且Yb的價格比較便宜，在鋁合金中添加少量的Yb元素不會大幅度提高生產成本，能夠廣泛應用于工業(yè)生產中。然而，在常規(guī)鑄錠冶金的凝固過程中Yb在鋁合金中的固溶度有限，限制了其作用的進一步提高。通過復合添加其它能夠生成Ll2結構析出相的合金元素有可能提高析出密度，從而進一步發(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結構析出相的合金元素，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。Zr和Yb復合微合金化后,在Al3Yb相的誘導下有可能使得其析出過程提前。因此Yb，Zr復合有可能充分發(fā)揮各自的作用，起到良好的合金化效果。本發(fā)明正是在基于以上考慮的情況下，設計了 Al-Yb-Zr合金，尋找其合適的成份范圍和相應的熱處理工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于通過復合微合金化的方法，尋找Yb和Zr協(xié)同發(fā)揮強化作用的成分范圍，對鋁或者鋁合金基體起到強化作用，從而提高鋁合金的性能。本發(fā)明所提供的Al-Yb-Zr合金，其特征在于純鋁基體中加入了 0.12 0.25%(重量百分比)的Yb，0.15 0.3% (重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質。該合金的制備方法是在熔煉鋁的過程中加入AlYb和AlZr中間合金來實現(xiàn)，熔煉溫度為780±10°C，到達熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄，鑄錠隨后進行固溶時效熱處理，其工藝包括以下步驟:首先在620±10°C固溶20 30小時，隨后水淬到室溫，然后在150°C (400 575) °C之間進行等時時效，具體過程為從150°C起每增加25°C保溫3h后取樣，例如150°C /3h取第一個樣，150°C /3h+175°C /3h取第二個樣，150 °C /3h+1755°C /3h+200/3h取第三個樣，依次類推直到在(400 575) °C結束，在此(400 575) °C內的某一溫度可以產品符合要求,如最大硬度值。本發(fā)明由于采用了 Yb和Zr復合微合金化，具有非常顯著的時效強化效果，如附圖1所示，相對Al-Yb合金提高了時效強化效果和熱穩(wěn)定性，相對Al-Zr合金則使得時效析出的過程明顯加速，而且該合金具有較好的熱穩(wěn)定性。


圖1:150 575°C之間每隔25°C等時3小時時效曲線；圖2:S4號合金的再結晶曲線。
具體實施例方式實例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_3Yb和Al-4Zr中間合金，熔煉溫度為780± 10°C。到達熔煉溫度后保溫30分鐘，然后用鐵模澆鑄。制備了 5種不同成份的合金，通過XRF測試了其實際成分，如下表I所示。其中SI和S2樣品分別為Al-Yb和Al-Zr 二元合金，用作對比。表I實驗合金成份
權利要求
1.一種Al-Yb-Zr合金，其特征在于，純鋁基體中加入了 O. 07-0. 25% (重量百分比)的Yb,O. 15-0. 3% (重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質。
2.權利要求I所述的Al-Yb-Zr合金的固溶時效熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟，首先在620±10°C固溶20 30小時，隨后水淬到室溫，然后在150°C (400 575) V之間進行等時時效，具體過程為從150°C起每增加25°C保溫3h后，直到在(400 575) V結束。
全文摘要
一種Al-Yb-Zr耐熱鋁合金及其熱處理工藝，屬于合金技術領域。純鋁基體中加入了0.07-0.25%(重量百分比)的Yb，0.15-0.3%(重量百分比)的Zr，以及其它不可避免的雜質。該合金的固溶時效熱處理工藝包括以下步驟，首先在620±10℃固溶20～30小時，隨后水淬到室溫，然后在150～575℃之間每隔25℃等時時效3小時。本發(fā)明由于采用了Yb和Zr復合微合金化，具有非常顯著的時效強化效果，相對Al-Er合金提高了時效強化效果和熱穩(wěn)定性，相對Al-Zr合金則使得時效析出的過程明顯加速，而且該合金具有較好的熱穩(wěn)定性。
文檔編號C22F1/04GK103255319SQ20131008431
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權日2013年3月15日
發(fā)明者聶祚仁, 文勝平, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學