一種高性能鑭鐿鋁合金的制備方法
【專利摘要】一種高性能鑭鐿鋁合金的制備方法，包括以下步驟：（1）在熔化的Al-Si-Cu合金中加入預(yù)熱的Al-La-Yb合金，配制成含質(zhì)量百分數(shù)為0.1～0.9%的La/Yb稀土鋁合金，其中稀土La:Yb為1:0.5～2；（2）熔化時引入高能超聲處理，間歇超聲5～10min；（3）將熔體溫度控制在730～750℃保溫20～30min；繼續(xù)超聲5~10min；（4）將熔體降至720～730℃精煉、除氣、除渣澆注。本發(fā)明合金成分穩(wěn)定，通過La/Yb的合金化作用和超聲作用，顯著細化了Al-Si-Cu合金組織，改善了Si相形態(tài)，大幅度提高合金強度；同時La/Yb的加入，形成了熱穩(wěn)定強化相La3Al11、YbAl3，這些相起到了阻礙位錯移動和釘扎晶界的作用，極大的提高了合金的機械性能，且工藝簡單、安全可靠，操作方便，無三廢污染。
【專利說明】一種高性能鑭鐿紹合金的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]Al-S1-Cu合金具有良好的鑄造工藝性能，但力學性能較差。合金在熔融狀態(tài)下吸氣傾向大，鑄件容易形成氧化夾渣、縮孔、縮松等缺陷，澆注前液體金屬需要變質(zhì)處理，改善合金力學性能，限制了它在汽缸體、缸蓋、引擎齒輪箱、連桿及電動工具體等零部件的應(yīng)用。
[0003]對鋁合金鑄錠來說，細化晶?？墒蛊鋬?nèi)部組織均勻，減少偏析，提高塑性，防止裂紋和縮孔等缺陷。在鋁及鋁合金中添加適量的稀土元素，能改善其性能，發(fā)展新材料。通常稀土元素具有很強的表面化學活性，具有合金化、凈化、變質(zhì)等作用。由于稀土均有不同程度的變質(zhì)能力，可以生成不同的金屬間化合物。因此可以通過添加幾種不同的稀土構(gòu)成混合稀土，獲得幾種提高合金性能的金屬間化合物，起到一種協(xié)同作用。通常這些金屬間化合物具有非常好的熱穩(wěn)定性，可以阻礙合金中位錯移動，并且釘扎于晶界，極大的提高了合金的機械性能。
[0004]此外，近年來不同的研究者將功率超聲應(yīng)用于材料制備過程中，開辟了制備高性能材料的新途徑。作為高能超聲的重要參數(shù)，毫無疑問，超聲功率、超聲時間、超聲頻率等對高性能合金的制備將起到關(guān)鍵作用。不同的超聲頻率下會產(chǎn)生不同數(shù)量的空化氣泡。超聲頻率小于22kHz時，空化氣泡經(jīng)歷一次性膨脹和收縮就破滅，空化效應(yīng)明顯，為瞬態(tài)空化，并且在15 kHz時，空化氣泡振幅變化比在超聲頻率為22 kHz要大。隨著頻率逐漸地升高，空化氣泡開始需要經(jīng)歷多次膨脹、收縮的過程，最后才能破滅?？栈瘹馀萦伤矐B(tài)空化逐漸變化到穩(wěn)態(tài)空化，空化氣泡的振幅變化也隨頻率的增大而逐漸減小。
[0005]空化氣泡在超過一定的閾值的聲壓下發(fā)生崩潰并產(chǎn)生沖擊激波，而這一切均是在極短的時間里，以很高的頻率發(fā)生的。空化泡在崩潰后變?yōu)榇蟠笮⌒〉臍馀?，其中大的氣泡將繼續(xù)作為核心，從而促使空化氣泡不斷產(chǎn)生、崩潰，不斷的產(chǎn)生沖擊激波，這樣在聲空化效應(yīng)的作用下，己結(jié)晶長大的晶粒被急劇的沖擊激波打碎，抑制了晶粒的長大，使晶粒得到細化的同時，晶體也得到了均勻彌散。
[0006]本發(fā)明是在稀土變質(zhì)細化的基礎(chǔ)上，結(jié)合高能超聲的聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)制備
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高性能鑭鐿鋁合金制備方法，獲得高力學性能的稀土鋁
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[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括以下步驟。
[0009](I)將Al-S1-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到750~780°C，加入預(yù)熱到150~250°C的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含質(zhì)量百分數(shù)為0.1~0.9%的La/Yb稀土鋁合金，其中稀土 La = YbS 1:0.5~2。
[0010](2)熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率15~22kHz，超聲強度0.8kw/cm2~1.0 kw/cm2,每次超聲時間40~60s,間歇時間40~60s,總超聲時間5~1min0
[0011](3)將熔體溫度控制在730~750°C保溫20~30min ;繼續(xù)超聲5~lOmin，超聲頻率 22kHz ο
[0012](4)將熔體降至720~730°C精煉、除氣、除渣澆注。
[0013]材料力學試驗:根據(jù)國家標準GB/T 228-2002，將試驗得到的鑄件加工成標準拉伸試樣，在SUNS UTM5105型拉伸機上進行拉伸試驗。其中，鑄件未經(jīng)任何熱處理，也不進行X射線探傷，隨機取樣。
[0014]拉伸試驗結(jié)果可知，加入稀土后，合金抗拉強度，延伸率都得到大大提高。其中當添加0.6%的稀土 La/Yb后，相對基體合金其抗拉強度提高了 92.4%，延伸率提高了 132.1%。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明制備工藝簡單，合金成分穩(wěn)定，通過La/Yb的合金化作用和超聲作用，顯著細化了 Al-S1-Cu合金組織，改善了 Si相形態(tài)，大幅度提高合金強度；同時La/Yb的加入，形成了熱穩(wěn)定強化相La3Aln、YbAl3，這些相起到了阻礙位錯移動和釘扎晶界的作用，極大的提高了合金的機械性能。且工藝簡單、安全可靠，操作方便，無三廢污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明制備的Al-S1-Cu-0.6La/Yb稀土鋁合金顯微組織金相圖。
[0017]圖2為ADC12-0.6La/Yb稀土鋁合金XRD分析結(jié)果。

【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明將通過以下實施實例作進一步說明，但本發(fā)明的【具體實施方式】不局限于下述的實施例。
[0019]實施例1。
[0020]預(yù)熱Al-La-Yb三元中間合金到150°C JfAl-S1-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到750°C后加入預(yù)熱過的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含La/Yb質(zhì)量百分數(shù)為0.3% (La 0.2%，Yb 0.1%)的稀土鋁合金。熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率22kHz，超聲強度0.8kw/cm2,超聲時間5min,高能超聲每次施加時間50s,間歇時間50s ;再將熔體溫度控制在740°C保溫25min ;繼續(xù)連續(xù)超聲5min，超聲頻率22kHz ;將熔體降至720°C精煉、除氣、除渣澆注，得到抗拉強度為233.24MPa，延伸率為3.44%的合金。
[0021]實施例2。
[0022]預(yù)熱Al-La-Yb三元中間合金到200°C JfAl-S1-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到760°C后加入預(yù)熱過的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含La/Yb質(zhì)量百分數(shù)為
0.6% (La 0.3%，Yb 0.3%)的稀土鋁合金。熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率18kHz，超聲強度0.9kw/cm2，超聲時間9min，高能超聲每次施加時間45s，間歇時間45s ;再將熔體溫度控制在750°C保溫25min ;繼續(xù)連續(xù)超聲8min，超聲頻率22kHz ;將熔體降至725°C精煉、除氣、除渣澆注，得到抗拉強度為275.41MPa，延伸率為4.92%的合金。
[0023]實施例3。
[0024]預(yù)熱Al-La-Yb三元中間合金到250°C JfAl-S1-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到780°C后加入預(yù)熱過的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含La/Yb質(zhì)量百分數(shù)為
0.9% (La 0.5%，Yb 0.4%)的稀土鋁合金。熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率15kHz，超聲強度1.0 kw/cm2,超聲時間1min,高能超聲每次施加時間60s,間歇時間60s ;再將熔體溫度控制在730°C保溫20min ;繼續(xù)連續(xù)超聲lOmin，超聲頻率22kHz ;將熔體降至730°C精煉、除氣、除渣澆注，得到抗拉強度為241.95MPa，延伸率為3.34%的合金。
[0025]由附圖1可以看出，由于稀土 La/Yb的變質(zhì)作用及超聲波的聲空化和聲流化效應(yīng)對熔體的攪拌、分散作用，稀土鋁合金組織中晶粒細小圓整且分布均勻，無氧化夾雜和成分偏析現(xiàn)象，且工藝簡單、安全可靠，操作方便，無三廢污染。從附圖2可知，合金中生成了La3Al11, YbAl3等熱穩(wěn)定強化相，這些相起到了阻礙位錯移動和釘扎晶界的作用，給合金的性能帶來了明顯的改善作用。
[0026]綜上所述，本發(fā)明得到的稀土鋁合金組織分布均勻，無氧化夾雜和成分偏析現(xiàn)象，合金機械性能大大提高，且工藝簡單、安全可靠，操作方便，無三廢污染。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能鑭鐿鋁合金的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)將Al-S1-Cu合金加入到熔煉爐，完全熔化，升高溫度到750~780°C，加入預(yù)熱到150~250°C的Al-La-Yb三元中間合金，配制成含質(zhì)量百分數(shù)為0.1~0.9%的La/Yb稀土鋁合金，其中稀土 La = YbS 1:0.5~2; (2)熔化時引入高能超聲處理，超聲頻率15~22kHz，超聲強度0.8kw/cm2~1.0 kw/cm2，每次超聲時間40~60s,間歇時間40~60s,總超聲時間5~1min ； (3)將熔體溫度控制在730~750°C保溫20~30min;繼續(xù)超聲5~lOmin，超聲頻率22kHz ； (4)將熔體降至720 ~730°C精煉、除氣、除渣澆注。
【文檔編號】C22C21/00GK104178649SQ201410436494
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】閆洪, 李正華 申請人:南昌大學