一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝镁合金因具有高耐蚀性、低密度、表面光洁和可切削加工性强等优点，被主要应 用于制造在燃气、海水等腐蚀介质下承受载荷的零部件。研究表明：稀土元素能够使铝镁合 金晶粒细化，减少组织偏析，有可能形成A1-RE化合物，从而使其综合性能得到提高；另外， 就其他各类型铝镁合金而言，组织的纯净化、细晶化和均质化是提高合金综合性能的基础。 稀土在这些方面的作用尤为显著，稀土在铝合金中的存在形式和细化机理一直是稀土铝合 金的一个主要研究范畴。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方 法，已解决现有技术的不足。
[0004] 本发明的技术方案是：一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，在纯 铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0. 2%-0. 6%的 Al-8Mn合金，先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740°C左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅 拌三分钟，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780°C时浇注到预热至260°C的金属型中，得到 10mm的铸态试棒，进行435°C X 16h固溶处理，出炉后60°C水冷。
[0005] 铒的添加量为0· 4%。
[0006] 本发明的有益效果：稀土铒通过对晶粒的细化作用，提高了 Al-8Mn合金的力学性 能；在固溶处理工艺（435°C X 16h)条件下，当稀土铒的添加量为0. 4%时，Al-8Mn合金的力 学性能最为优良，抗拉强度达到219MPa，延伸率达到4. 3% ; 在Al-8Mn合金中添加稀土铒形成AlnEr3相，主要是以颗粒状或短杆状形态弥散分布 与晶界附近，通过阻碍晶间变形、钉扎晶界使合金力学性能得到提高。
【附图说明】
[0007] 图1为拉伸试验试样尺寸图； 图2为不同铒添加量Al-8Mn合金的力学性能； 图3为不同铒含量Al-8Mn合金的显微组织，a. Al-8Mn ;b. Al-8Mn-0. 2Er ; c.Al-8Mn-0.4Er;d.Al-8Mn -0.6Er e. Al-8Mn (435 °C X16h 固溶处理）；f. Α1-8Μη-0· 4Er (435°C X 16h 固溶处理）； 图4为固溶态不同铒含量Al-8Mn合金的微观形貌。
【具体实施方式】
[0008] 在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量 (0、0. 2%、0. 4%、0. 6%)的Al-8Mn合金，镁的氧化烧损率按2%计算。先将纯铝放入石墨坩埚 中熔化，740°C左右将Al-Er中间合金压入金属液。搅拌三分钟，加入六氯乙烷（C2C16)进行 精炼，扒渣后780°C时浇注到预热至260°C的金属型中，得到10_的铸态试棒（图1)。
[0009] 将铸态试棒在箱式电阻炉中进行435°C X 16h固溶处理，出炉后60°C水冷。常温 下，利用CSS-4410电子万能材料实验机测定试样的抗拉强度及延伸率，拉伸速率为1mm/ min ;切取金相试样，磨制并用体积分数为4%的HF水溶液腐蚀；利用JSM-T200型扫描电镜 及其能谱仪分析合金形貌及元素分布；用X-Pert PRO型X射线衍射仪分析合金中的物相。
[0010] 图2为不同添加量铒及固溶处理对Al_8Mn合金的力学性能影响的测试结果，可以 看出：当铒的添加量在0. 2-0. 4%之间时，铸态及固溶态Al-8Mn合金的抗拉强度不断增加， 延伸率却变化平缓，当铒的添加量达到〇. 4%时，，表现出良好的综合拉伸性能；进一步增大 稀土 Ce的加入量，达到0. 6%时，Al-8Mn合金的抗拉强度、延伸率趋于降低。可见，适当添 加量的稀土铒及固溶处理能够使Al-8Mn合金得到有效强化。
[0011] 图3为不同铒添加量的Al-8Mn合金显微组织形貌，观察可知稀土铒对铸态Al-8Mn 合金的显微组织有着显著的影响。未添加稀土铒的Al-8Mn合金晶粒相对粗大，且枝晶较为 发达（图3a);添加0. 2%的稀土铒后，合金晶粒有所细化，但细化效果一般，仍能观察到少部 分枝晶（图3b);伴随着稀土添加量的增加，添加了 0. 4%和0. 6%铒的Al-8Mn合金组织明显 细化，晶界析出相增多，且晶粒变得细小（图3c、d)。经过435°C X16h固溶处理、水淬后，铸 态Al-8Mn合金中枝晶组织消失，且晶界处析出相大量溶解（图3e);观察Al-8Mn-0. 4Er合 金（图3f)，在其晶界及晶界附近区域除析出相溶解之外，在晶界处还残留了一定量的高熔 点物相。
[0012] 图4为固溶态不同铒含量Al_8Mn合金的微观形貌图，对晶界处（图b中1点）进 行微区成分能谱分析：其原子百分比为74. 84%A1、6. 94%Mn、18. 22%Er (表1)，铝元素与铒元 素的原子比约为11:3,文献表明[9]，该析出相为41#6相；当Er的添加量为0. 2%和0. 4% 时，AlnEr3相主要是以球状颗粒和短柄状形态在晶界或靠近晶界处弥散分布（图4a，b);当 Er的添加量达到0. 6%时，AlnEr3相的尺寸及数量增大，并且在晶界区域密集分布（图4c)。
[0013] 表1 Α1-8Μη-0· 4Er合金能谱分析 由Al-8Mn合金力学性能测试结果（图2)，添加适量的稀土铒能不同程度提高铸态及 固溶态Al-8Mn合金的抗拉强度和延伸率。Al-8Mn合金的力学性能主要取决于其显微组织 特性，铸态Al-8Mn合金的力学性能较低，这与铸态合金中晶粒较为粗大、枝晶发达有关，当 加入适量的稀土铒后，其力学性能有所改善，而经过435°C X 16h固溶处理后，其力学性能 又得到提升。分析可知：首先，稀土铒能够细化铸态Al-8Mn合金晶粒，产生细晶强化作用， EDS分析表明（表1)，铒基本不溶于a -A1基体，而主要是形成AlnErJg分布于在晶界区域， 这说明稀土铒在Al-8Mn合金中的固溶度极低[1° ]。在凝固过程中，稀土铒趋于富集在固/ 液界面前沿，这样就增大相界面处成分过冷度，进而促进基体晶粒均匀形核，细化了合金晶 粒；其次，AlnEr3相的形态及分布也对Al-8Mn合金力学性能存在一定影响，添加适量稀土 铒会形成一定数量的细小颗粒状或短杆状AlnEr3相，沿晶界弥散分布（图4b)，该类形态的 AlnEr3相可起到钉扎晶界、阻碍位错运动、防止晶间变形的作用，过量稀土铒会使Al nEr3相 的尺寸及数量增大，且在晶界区域密集分布（图4c)，根据晶界强化理论，粗大的高熔点物相 在晶界连续分布将降低晶界结合强度 [7]，导致稀土对合金的强化作用减弱；而适当的固溶 处理工艺（435°C X16h)，能够使析出相溶解到a -A1基体中，发生点阵畸变，产生固溶强化 作用，提高了 Α1-8Μη合金的力学性能。
[0014] 稀土铒通过对晶粒的细化作用，提高了 Α1-8Μη合金的力学性能；在固溶处理工艺 (435°C X 16h)条件下，当稀土铒的添加量为0. 4%时，Α1-8Μη合金的力学性能最为优良，抗 拉强度达到219MPa，延伸率达到4. 3% ; 在Al-8Mn合金中添加稀土铒形成AlnEr3相，主要是以颗粒状或短杆状形态弥散分布 与晶界附近，通过阻碍晶间变形、钉扎晶界使合金力学性能得到提高。
【主权项】
1. 一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在于：在纯铝、纯镁的基 础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0. 2%-0. 6%的Al-8Mn合金， 先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740°C左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅拌三分钟，加 入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780°C时浇注到预热至260°C的金属型中，得到10_的铸态试 棒，进行435°CX16h固溶处理，出炉后60°C水冷。2. 根据权利要求1所述的一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在 于：铒的添加量为0. 4%。
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土铒的铸态铝锰合金材料及其制备方法，其特征在于：在纯铝、纯镁的基础上，以Al-Er中间合金的形式加入铒，配制四种不同铒添加量0.2%-0.6%的Al-8Mn合金，先将纯铝放入石墨坩埚中熔化，740℃左右将Al-Er中间合金压入金属液，搅拌三分钟，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后780℃时浇注到预热至260℃的金属型中，得到10mm的铸态试棒，进行435℃×16h固溶处理，出炉后60℃水冷。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/00, C22F1/04
【公开号】CN105441723
【申请号】CN201410519524
【发明人】温兴琴
【申请人】温兴琴
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月30日