专利名称：：一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种铝镁系铝合金，特别是指一种含稀土元素钕、钪的Al-Mg-Nd-Sc铝合金；属于高性能结构的金属材料领域。
背景技术：
：Al-Mg合金具有低密度、中强度、良好的焊接性能和腐蚀性能，在航空航天及交通运输领域应用广泛，与高强的Al-Cu系和Al-Zn系相比，其强度还是有待进一步提高。而稀土元素不仅有细化晶粒的作用，还可以抑制再结晶，提高其高温热稳定性、耐蚀性等。目前在Al-Mg合金中添加稀土元素Sc的研究较多，Al3Sc粒子既可以抑制再结晶、形成非常细小弥散的亚结构，又能通过析出强化效应而使合金强度大幅度提高。由于Sc的成本较高，因此在加Sc的同时也可以在合金中添加少量Zr，形成弥散的Al3(Sc-Zr)粒子，其强化作用与Al3Sc粒子类似。也有直接用稀土元素Er代替Sc加入Al-5Mg合金中来提高Al-5Mg合金的强度。而稀土元素Nd对有色金属的作用，目前多数报道都是对镁合金的，铝合金的极少。稀土Nd的加入能显著提高AM60合金的力学性能，并使合金组织得到细化。有文献还显示，微量合金元素Nd的添加延缓了Al-Si-Cii-Mg合金的时效过程，细化了强化相。但是目前尚未有关Nd在Al-Mg系铝合金中应用的报道。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、组分之间合金化效果明显、强度高的Al-Mg-Nd-Sc铝合金。本发明一一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，由下述组分(重量百分比)组成Mg:5.59.5，Zn:0.050.25，Ti:0.050.1,Nd:0.11.0，Sc:0.11.0，其余为A1。本发明一一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，由下述组分(重量百分比)组成:Mg:6.57.5，Zn:0.100.15，Ti:0.050.08，Nd:0.10.5,Sc:0.10.5，其余为A1。本发明---一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，由下述组分(重量百分比)组成:Mg:7.0，Zn:0.12,Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余为A1。本发明中，由于稀土Nd和Sc的加入使得Al-Mg合金晶粒显著细化，而且当Nd、Sc复合添加时晶粒最细；稀土Nd和Sc的加入，使ANMg合金的强度有所提高，其中Nd、Sc复合添加时强度最高，冷轧后Al-Mg-Nd-Sc合金的抗拉强度(<rb)提高约55MPa，屈服强度(0。.2)提高约30MPa，而延伸率(3)变化不大；同时Nd、Sc的加入，形成AbSc、AlwMg7Nd质点，这些质点起到了阻碍位错移动和钉扎亚晶界的作用，因而抑制了Al-Mg合金再结晶，且合金的再结晶温度提高了约5(TC。综上所述，本发明组分配比合理、组分之间合金化效果明显、强度高，将Nd、Sc元素复合加入Al-Mg合金中，能显著细化合金晶粒，提高合金的强度，比单独添加Nd或Sc的效果好，同时还能抑制再结晶。Al-Mg合金是一种重要的工业铝合金，由于Nd的价格比较便宜，在A1-Mg-Sc合金中添加Nd不会大幅度提高生产成本，相应能提高其合金强度，可广泛应用于航空航天、交通运输等诸多领域。附图l(a)为Al-Mg合金的均匀化后的显微组织。附图l(b)为Al-Mg-0.2Nd合金的均匀化后的显微组织。附图l(c)为Al-Mg-0.2Sc合金的均匀化后的显微组织。附图l(d)为Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的均匀化后的显微组织。附图2为Al-Mg合金和Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的硬度与退火温度关系曲线；附图3(a)为Al-Mg合金在冷轧后进行325'C再结晶退火后的显微组织。附图3(b)为Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金在冷轧后进行325。C再结晶退火后的显微组织。其中附图2中，1--Al-Mg合金的硬度与退火温度关系曲线；2—Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的硬度与退火温度关系曲线。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明Al-Mg-Nd-Sc铝合金在现有的铝镁系合金(Mg:5.59.5，Zn:0.050.25，Ti:0.050.1，其余为Al)中添加稀土Nd和Sc。本发明采用传统的铸锭冶金法制备A1-Mg-Nd-Sc合金，采用工业纯Mg，Al-Mn、Al-Nd、Al-Sc中间合金及工业纯Al配制合金，用石墨坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为810'C。用KC1+]\3(:1作精炼剂，来减少高温下铝合金的氧化，此举还可以减少铝合金中杂质，有利于纯度的提高。采用铁模浇铸，浇铸温度为730'C750。C，将合金浇入预热至250。C的铁模中。铸锭经480。CX24h均匀化处理，铣面后在420'C保温2h，再进行热轧(变形量为80%),热轧后样品经400'CXlh中间退火后冷轧(变形量为60%),最后进行再结晶退火处理。实施例1:采用铸锭冶金方法制备Al-Mg-0.1Nd-0.1Sc合金，具体成分(重量百分比)为Mg:5.5，Zn:0.05，Ti:0.05，Nd:O.l，Sc:O.l，其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9%的高纯镁以及Al-Nd中间合金，用石墨坩埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经480'CX24h均匀化处理，铣面后将20mm厚的铸锭在420'C保温2h，再进行热轧到2.5mm厚的薄板，热轧后样品经400'CXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。实施例2:采用铸锭冶金方法制备Al-Mg-1.0Nd-1.0Sc合金，具体成分(重5量百分比)为Mg:9.5，Zn:0.25，Ti:O.l，Nd:l.O，Sc:l.O，其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9%的高纯镁以及Al-Sc中间合金，用石墨坩埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经48(TCX24h均匀化处理，铣面后将20mm厚的铸锭在42(TC保温2h，再进行热轧到2.5mm厚的薄板，热轧后样品经40(TCXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。实施例3:采用铸锭冶金方法制备Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金，具体成分(重量百分比)为Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9%的高纯镁以及ANNd、Al-Sc中间合金，用石墨坩埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经480'CX24h均匀化处理，铣面及蚀洗后将20mm厚的铸锭在42(TC保温2h，再进行热轧到2.5mm，热轧后样品经400°CXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。对比例l:采用铸锭冶金方法制备A1-Mg合金，具体成分(重量百分比)为Mg:7.0，Zn:0.12,Ti:0.06,其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9%的高纯镁，用石墨坩埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经48(TCX24h均匀化处理，铣面后将20mm厚的铸锭在420'C保温2h，再进行热轧到2.5mm厚的薄板，热轧后样品经400°CXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。对比例2:采用铸锭冶金方法制备Al-Mg-0.2Sc合金，具体成分(重量百分比)为Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Sc:0.2，其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9。/o的高纯镁以及Al-Sc中间合金，用石墨柑埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经480。CX24h均匀化处理，铣面后将20mm厚的铸锭在42(TC保温2h，再进行热轧到2.5mm厚的薄板，热轧后样品经400°CXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。对比例3:采用铸锭冶金方法制备Al-Mg-0.2Nd合金，具体成分(重量百分比)为Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，其余为Al。所用原料为纯度99.7%的工业铝锭和纯度99.9%的高纯镁以及Al-Nd中间合金，用石墨柑埚在井式电阻炉中进行熔炼。浇铸成锭后经48(TCX24h均匀化处理，铣面后将20min厚的铸锭在42(rC保温2h，再进行热轧到2.5mm厚的薄板，热轧后样品经400'CXlh中间退火后冷轧到lmm，最后进行再结晶退火处理。参见附图l(a)、(b)、(c)、(d)，将本发明实施例3及对比例1、2、3所得合金均匀化处理后，取均匀化态试样进行阳极覆膜，并在金相显微镜下用偏光观察微观组织，其中图l(a)为Al-Mg合金，图l(b)为Al-Mg-0.2Nd合金，图l(c)为Al-Mg-0.2Sc合金，图l(d)为Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金。由图可见，稀土Nd或Sc加入后有细化晶粒的效果，Nd、Sc复合添加时细化效果最显著。然后再进行热轧——中间退火——冷轧得到lmm薄板，将冷轧薄板按国标制成拉伸试样，在CSS—44100电子万能拉伸机上进行拉伸实验，测得冷轧态力学性能如表1。由表1可知，当Nd、Sc复合添加时合金强度达到最大值，即Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的抗拉强度《yb为483MPa，屈服强度cy。.2为457MPa，延伸率6虽略有降低但变化不大。说明稀土Nd、Sc的添加有利于合金强度的提高，这主要是由于稀土Nd、Sc加入后合金晶粒得到显著细化。表l合金的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>参见附图2，合金的硬度与退火温度关系曲线可知，Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金的终了再结晶温度(375°C)要比Al-Mg合金的终了再结晶温度(325°C)提高50。C。参见附图3(a)、(b)，合金在325'C退火后的显微组织，可见Al-Mg合金已经发生了完全再结晶，而Al-Mg-0.2Nd-0.2Sc合金仍主要呈现沿轧制方向的纤维状组织，且局部有部分再结晶迹象，说明Nd、Sc的添加能抑制合金的再结晶。权利要求1、一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，按重量百分比，由下述组分组成Mg5.5～9.5，Zn0.05～0.25，Ti0.05～0.1，Nd0.1～1.0，Sc0.1～1.0，其余为Al。2、根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，按重量百分比，由下述组分组成Mg:6.57.5，Zn:0.100.15，Ti:0.050.08，Nd:0.10.5，Sc:0.10.5，其余为A1。3、根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，按重量百分比，由下述组分组成Mg:7.0，Zn:0.12，Ti:0.06，Nd:0.2，Sc:0.2，其余为A1。全文摘要一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金，由下述组分(重量百分比)组成Mg5.5～9.5，Zn0.05～0.25，Ti0.05～0.1，Nd0.1～1.0，Sc0.1～1.0，其余为Al。制备这种新型稀土铝合金的方法是在Al-Mg合金熔炼过程中加入经真空熔炼的Al-Nd及Al-Sc中间合金。本发明加工工艺简单，组分配比合理，通过钕、钪稀土元素合金化的作用，显著细化Al-Mg合金晶粒，提高合金强度；同时Nd、Sc的加入，形成Al<sub>3</sub>Sc、Al<sub>16</sub>Mg<sub>7</sub>Nd质点，这些质点起到了阻碍位错移动和钉扎亚晶界的作用，因而抑制了Al-Mg合金再结晶。由于Al-Mg合金本身就是一种广泛用于航空航天领域的重要材料，因此，在本发明的基础上可以开发出一系列含Nd、Sc的新型稀土铝镁合金，应用于航空、航天、汽车等诸多领域。文档编号C22C21/06GK101597708SQ200910043798公开日2009年12月9日申请日期2009年6月30日优先权日2009年6月30日发明者刘楚明,李慧中,梁霄鹏,郭菲菲申请人:中南大学