一種Al-Er-Zr-Hf合金及制備與熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種Al-Er-Zr-Hf合金及制備與熱處理工藝，屬于合金材料【技術領域】。為在鋁基體加入重量百分比為：0～0.28%Er，0～0.27%Zr，0.65%～1.2%Hf。制備方法：在熔煉溫度為790±10℃下，將鋁錠熔化，加入Al-Er、Al-Zr、Al-Hf中間合金，中間合金熔化后，除氣，攪拌，保溫靜置，澆鑄并熱處理。處理工藝：合金鑄錠在635±10℃固溶處理24～48h后水淬至室溫；然后將固溶合金在150～（400-550）℃之間每隔25℃等時時效3h；或?qū)⒐倘軕B(tài)合金在325～400℃間某一溫度進行等溫時效處理。本發(fā)明合金不僅具有顯著的時效強化效果，而且同時具備良好的高溫熱穩(wěn)定性能。
【專利說明】—種A卜Er-Zr-Hf合金及制備與熱處理工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于屬于合金材料【技術領域】，具體涉及到一種經(jīng)過復合微合金化的鋁合金材料的制備及其熱處理工藝。
技術背景
[0002]近年來，隨著航空、航天等高新技術的發(fā)展，對鋁合金的性能也提出了越來越高的要求，微合金化一直是挖掘合金潛力、改善合金性能并進一步開發(fā)新型鋁合金的重要手段，已成為國內(nèi)外材料界關注的熱點。尤其對稀土元素在鋁合金中的微合金化研究是當今熱點，其中對稀土元素Sc的研究最為集中，其微合金化效果十分顯著，并取得一系列研究成果O
[0003]然而由于稀土 Sc的價格昂貴，增加了合金的成本，因此國內(nèi)外學者開展尋找與Sc有類似作用的元素，以獲得廉價且有效的微合金化作用。稀土元素素Er、Yb、Tb、Lu，過渡族元素Zr、T1、V、Hf等與Sc類似，也能與鋁形成Ll2結構的強化相，其中Er最為顯著；將Er加入到鋁合金中，能生成與Al3Sc作用相同的Ll2結構的Al3Er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。但由于Er在常規(guī)的熔鑄過程中，固溶到鋁基體中的量十分有限，因此限制了進一步提高其微合金化作用的空間。
[0004]研究表明，通過復合添加微合金化元素能夠有效提高微合金化作用效果。過渡族元素Zr、Hf在鋁基體中與也能形成類似Er、Sc結構的析出相。但由于Zr、Hf本身形核驅(qū)動力較小，析出過程相對緩慢；與Er復合添加后,Al3Er相能夠提供Zr、Hf析出核心,促進Zr、Hf的析出；并且由于Zr、Hf在鋁基體中的擴散速率相對Er較低，其析出相相對Al3Er相較為穩(wěn)定，不易長大粗化。因此通過在鋁基中復合添加Er、Zr、Hf元素，有可能充分發(fā)揮相互的作用，起到良好的協(xié)同微合金合金`化效果。本發(fā)明是在以上技術背景基礎，通過合適的制備方法和熱處理工藝制備出一種新型的Al-Er-Zr-Hf合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于通過Er、Zr、Hf復合微合金化的方法，發(fā)揮微合金化元素相互間的協(xié)同作用，制備出一種新型的Al-Er-Zr-Hf合金。
[0006]本發(fā)明所提供的Al-Er-Zr-Hf合金，其特征在于鋁基體中加入了 Er、Zr和Hf，其中Er、Zr和Hf在Al-Er-Zr-Hf合金中的重量百分含量為:0~0.28%的Er，O~0.27%的Zr, 0.65%~1.2%的Hf,且Er、Zr的含量均不為O。
[0007]以上所述合金元素的最佳成分范圍為(重量百分比):0.25~0.28%的Er，0.24~
0.27% 的 Zr, 0.65 ~1% 的 Hf。
[0008]本發(fā)明合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:在熔煉溫度為790±10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Er、Al-Zr, Al-Hf中間合金，待中間合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置30min，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鐵模澆鑄；隨后進行熱處理，以獲得所述的合金材料。
[0009]本發(fā)明合金熱處理工藝步驟包括如下:
[0010](I)首先在635±10°C固溶處理24~48h，隨后水淬至室溫；
[0011](2)然后固溶態(tài)合金在150~X°C之間每隔25°C等時時效3h，X為400_550°C之間的值；或者將固溶態(tài)合金在325~400°C之間某一溫度進行等溫時效熱處理，其最佳等溫時效溫度在350~375°C之間。
[0012]本發(fā)明采用上述成分配比的Er、Zr和Hf復合微合金化，通過上述的工藝可以析出大量彌散分布的析出相，具有非常顯著的時效強化效果，如可參見附圖2、3所示，在350°C、375°C等溫時效時，A1、A2、A3號的峰值硬度均能達到60HV以上；且其強度時效500h以上仍然能夠保持穩(wěn)定，可見合金具有顯著的時效強化效果和高溫穩(wěn)定性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:150~600°C之間每隔25°C等時時效3h硬度曲線；
[0014]圖2:350°C等溫時效硬度曲線；
[0015]圖3:375°C等溫時效硬度曲線；
[0016]圖4:325°C等溫時效硬度曲線；
[0017]圖5:400°C等溫時效硬度曲線。
【具體實施方式】
``[0018]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-6Er、Al-4Zr和Al-4Hf的中間合金。在熔煉溫度為790± 10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Er、Al-Zr, Al-Hf中間合金，待中間合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置30min，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鐵模澆鑄。制備了 5種不同成分的Al-Er-Zr-Hf合金，通過XRF測得其實際成分，如下表1所示。
【權利要求】
1.一種Al-Er-Zr-Hf合金，其特征在于，鋁基體中加入了 Er、Zr和Hf，其中Er、Zr和Hf在Al-Er-Zr-Hf合金中的重量百分含量為:0~0.28%的Er，O~0.27%的Zr，0.65%~1.2%的Hf，且Er、Zr的含量均不為O。
2.按照權利要求1的一種Al-Er-Zr-Hf合金，其特征在于，Er、Zr和Hf在Al-Er-Zr-Hf合金中的重量百分含量為:0.25~0.28%的Er，0.24~0.27%的Zr，0.65~1%的Hf。
3.制備權利要求1或2所述的一種Al-Er-Zr-Hf合金的方法，其特征在于，包括以下步驟:在熔煉溫度為790±10°C下，先將鋁錠熔化，隨后加入Al-Er、Al-Zr、Al-Hf中間合金，待中間合金熔化后，六氯乙烷除氣、攪拌，保溫靜置30min，使熔體中各元素成份分布均勻后進行鐵模澆鑄；隨后進行熱處理，以獲得所述的合金材料。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，合金熱處理工藝步驟包括如下: Cl)首先在635±10°C固溶處理24~48h，隨后水淬至室溫； (2)然后固溶態(tài)合金在150~X°C之間每隔25°C等時時效3h，X為400_550°C之間的值；或者將固溶態(tài)合金在325~400°C之間某一溫度進行等溫時效熱處理。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，合金熱處理工藝步驟(2)中將固溶態(tài)合金在350~375°C之間某一溫度進行等溫`時效熱處理。
【文檔編號】C22C1/03GK103498080SQ201310421808
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年9月16日
【發(fā)明者】聶祚仁, 吳浩, 文勝平, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學