一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金及其制备方法
【专利摘要】本发明属于金属合金技术领域，尤其涉及一种Al?Mg?Si?Y稀土铝合金及其制备方法。其特征在于：在6082合金的基体中加入了占最终产物Al?Mg?Si?Y稀土铝合金重量百分比为0.1％～0.7％的稀土Y元素。由于加入了微量的稀土Y元素，细化了合金的二次枝晶组织，减小了共晶化合物尺寸的同时，改善了合金中粗大化合物相AlFeMnSi、AlFeSi相的形貌，由原来硬脆的针状或粗大的骨骼状变成细小、破碎的团球状，棱角钝化，降低了富铁杂质相的危害，避免了拉伸过程中应力集中的产生，合金的综合性能得到改善，其最大抗拉强度较未添加Y提高了10％，合金的塑性较未添加Y，合金的伸长率提高了83.9％。
【专利说明】
-种AI -Mg-S i -丫稀±错合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属合金技术领域，尤其设及一种侣合金及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 侣合金是现代工业技术中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽 车、机械制造及化学工业中被广泛使用。Al-Mg-Si系侣合金具有优良的耐蚀性、良好的热塑 性W及理想的综合机械性能，该系W606U6082侣合金为代表的工业型材用途非常广泛。 Al-Mg-Si系侣合金的主要合金元素为Mg和Si，另外还有少量的化、Μη、化、Zn、Z;r、Ti等元素。 合金中加入Si的目的是改善合金的流动性，降低热裂倾向、改善气密性、尽量减少疏松等缺 陷;Mg的作用是与Si形成强化相Mg袖，Mg2Si作为Al-Mg-Si系侣合金的主要强化相，对合金 的性能有决定性的作用。然而，该系侣合金也存在强度偏低、抗蠕变性能差、模量低等缺点， 不能满足更高性能的要求。目前，提高Al-Mg-Si系侣合金的强度，改善其塑性，是当前研究 的主要方向。
[0003] 当前，通过添加其它金属元素改善合金的性能已成为研究的趋势。加入Cu可明显 提高合金的强度和硬度，但塑性降低;Cr和Ti的加入可W减少合金铸态组织中粗大含Fe杂 质相i3(Al9Fe2Si2)的数量，促进了尺寸较小、形状较利于变形的a(Ali2(Fe，Cr)3Si)相的形 成，增加了含Fe弥散相的体积分数。Μη和Zr同时添加对再结晶的抑制效果效果最明显，提高 合金的再结晶溫度，再结晶晶粒细化。目前已有的研究中，添加稀±元素也是经常采用的办 法，稀±元素 Ce的加入可W提高合金的抗拉强度，冷拉状态型材的延伸率降低，人工时效状 态型材的延伸率增大，但合金抗晶间腐蚀能力明显下降。化的加入可W有效细化铸态晶粒， 减小枝晶间距，但化活性较高，在Al-Mg-Si合金中形成较多化胡補，消耗了合金中的Si，导 致合金主要强化相Mg2Si数量的减少，合金强度降低。现有研究表明，在所有微合金化元素 中，稀±元素 Sc的微合金化效果最好，Sc微合金化大幅度提高了时效态合金的强度，同时保 持了合金的塑性。然而其价格非常昂贵，提高了生产成本，无法实现工业化批量生产。因此， 寻找具有微合金化效果类似于Sc且价格低廉适于企业批量化生产的稀±元素成为当前研 究的热点。本实验发现在Al-Mg-Si合金中加入稀±Υ微合金化效果显著，细化合金晶粒的同 时改善合金组织中粗大脆性相AlFeMnSi、AlFeSi相的形貌，有效提高了合金的强度和塑性。 目前，Y对Al-Mg-Si系侣合金力学性能的影响尚无报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种新型的Al-Mg-Si-Y侣合金，其综合性能好，合金的最 大抗拉强度较未添加 Y提高了 10%，同时大幅度提高了合金的塑性，较未添加 Y，合金的伸长 率提高了83.9%。
[0005] 本发明所提供的Al-Mg-Si-Y新型侣合金，其特征在于:在6082合金的基体中加入 了占最终产物侣合金重量百分比为0.1 %~0.7 %的稀±Υ元素。
[0006] 稀±￥的优选含量范围为最终产物总重量的0.45%~0.55%。
[0007] 稀±￥的最佳含量范围为最终产物总重量的0.5%。
[0008] 该合金的制备方法是W6082侣合金及经真空烙炼的A1-10Y中间合金为原料，制备 不同Y含量的Al-Mg-Si-Y侣合金;采用电阻炉将6082侣合金加热至750°C烙炼，加入A1-10Y 中间合金，保溫20分钟，期间每隔5分钟用石墨棒揽拌一次，之后用C2C16除气精炼，化除表层 浮渣，诱铸溫度为70(TC，诱铸模具采用铜模，模具预热溫度200~25(TC。
[0009] 本发明由于加入了微量的稀±Υ元素，细化了合金的二次枝晶组织，减小了共晶化 合物尺寸的同时，改善了合金中粗大化合物相AlFeMnSi、AlFeSi相的形貌，由原来硬脆的针 状或粗大的骨骼状变成细小、破碎的团球状，棱角纯化，降低了富铁杂质相的危害，避免了 拉伸过程中应力集中的产生，合金的综合性能得到改善，其最大抗拉强度较未添加 Y提高了 10%，同时显著提高了合金的塑性，较未添加 Y，合金的伸长率提高了 83.9%。
【附图说明】
[0010] 图1为合金显微组织的金相图片；（a巧添加 Y; (b)Y含量为0.5wt%。
[00川图2为Y质量百分比为0.5 %时的合金显微组织的沈Μ图像。
[0012]图3为Υ质量百分比为0.5%时的合金显微组织沈Μ图像A点的能谱分析。
[OOU] 图4为合金显微组织的沈Μ图片；（a巧添加 Y; (b)Y含量为0.5wt%。
【具体实施方式】
[0014] W下结合附图对本发明实施方案进一步描述 [001引实施例1
[0016] 采用常规重力铸造制备Al-Mg-Si-Y合金，所用的原料为6082侣合金和A1-10Y中间 合金;首先将6082侣合金676.4g放入石墨相蜗中，在电阻炉中烙炼合金，烙炼溫度为750°C ; 待合金完全烙化后，加入A1-10Y中间合金6.76g，保溫20分钟，期间每隔5分钟用石墨棒揽拌 一次，之后用C2C16除气精炼，化除表层浮渣，诱铸溫度为700°C，诱铸采用铜模，模具预热溫 度200~250°C，制备得到Y质量分数为0.1 %的Al-Mg-Si-Y合金。
[0017] 实施例2
[0018] 采用常规重力铸造制备Al-Mg-Si-Y合金，所用的原料为6082侣合金和A1-10Y中间 合金;首先将6082侣合金639.6g放入石墨相蜗中，在电阻炉中烙炼合金，烙炼溫度为750°C ; 待合金完全烙化后，加入A1-10Y中间合金19.19g，保溫20分钟，期间每隔5分钟用石墨棒揽 拌一次，之后用C2C16除气精炼，化除表层浮渣，诱铸溫度为70(TC，诱铸采用铜模，模具预热 溫度200~250°C ;制备得到Y质量分数为0.3%的Al-Mg-Si-Y合金。
[0019] 实施例3
[0020] 采用常规重力铸造制备Al-Mg-Si-Y合金，所用的原料为6082侣合金和A1-10Y中间 合金;首先将6082侣合金710.7g放入石墨相蜗中，在电阻炉中烙炼合金，烙炼溫度为750°C; 待合金完全烙化后，加入A1-10Y中间合金35.54g，保溫20分钟，期间每隔5分钟用石墨棒揽 拌一次，之后用C2C16除气精炼，化除表层浮渣，诱铸溫度为70(TC，诱铸采用铜模，模具预热 溫度200~250°C ;制备得到Y质量分数为0.5%的Al-Mg-Si-Y合金。
[0021 ]实施例4
[0022] 采用常规重力铸造制备Al-Mg-Si-Y合金，所用的原料为6082侣合金和Al-lOY中间 合金;首先将6082侣合金655.3g放入石墨相蜗中，在电阻炉中烙炼合金，烙炼溫度为750°C。 待合金完全烙化后，加入A1-10Y中间合金45.87g，保溫20分钟，期间每隔5分钟用石墨棒揽 拌一次，之后用C2C16除气精炼，化除表层浮渣，诱铸溫度为70(TC，诱铸采用铜模，模具预热 溫度200~250°C ;制备得到Y质量分数为0.7%的Al-Mg-Si-Y合金。
[0023] 将上述四个实验获得的铸锭及一个基体6082合金铸锭按GB228-2002金属材料室 溫拉伸试验方法加工成拉伸试样，然后经后期热处理(550°C 535泽火+175 °C 565时效)后，在 ESH-50型万能材料试验机上测试不同Y含量合金的室溫拉伸力学性能。
[0024] 表1合金热处理后化学成分与力学性能指标
[0025]
[0026] 由表1可W看出，当Y的添加量为0.5wt %时，合金的抗拉强度为330Mpa，延伸率为 11.4 %，未添加 Y时合金的抗拉强度为300Mpa，延伸率为6.2 %，较未添加 Y时强度提高了 10%，塑性提高了 83.9%，可W看出，添加了 0.5wt%的Y后，提高了合金的强度，同时显著提 高了合金的塑性，效果最好。
[0027] 将实验例3制得的铸锭和基体6082合金铸锭截取尺寸为10 X 10 X 10皿1的正方体试 样，经打磨、抛光后，采用金相显微镜观察其显微组织形貌，如附图1所示，可W看出，对比基 体的金相组织，加入稀上Y后，组织中的晶粒得到明显细化，合金的二次枝晶组织明显变小。 [002引根据附图2、3所示，分析其原因，稀±Υ加入后，可W形成Y5Si3、Al3Y、Al6Cu6Y等化合 物相，在合金凝固过程中运些相消耗了液体中的SiXu等元素，导致部分合金相形成的溫度 范围有所改变，使得残余共晶液体数量减少，细化了多元共晶组织，抑制了粗大共晶体的形 成。
[0029] 稀合金组织的细化效果明显，由附图2、3分析可得，Y和Si生成了 YsSi3化合物相，减小了合金组织中游离Si的存在，游离的杂质Si严重影响合金的初性指标， 同时也使得组织中的针状脆性相(AlFeSi)相的数量减少，因而减轻了由针状相造成的局部 区域应力集中，材料的强度和初性得到改善。同时，稀±Υ和侣基体及Si生成的稀±化合物 烙点较高、稳定性强，能有效阻止高溫下的晶界滑移，有利于增加合金的拉伸强度及热稳定 性。
[0030] 由表1看出，当Y的添加量超过0.5wt%后，合金的强度和塑性反而下降，运是由于 当加入的稀±含量过高时，材料组织中生成了大量含稀±化合物相，运类相结构复杂，与侣 基体的性能差异极大，在相和基体的边界处衔接性质差，可能产生裂纹扩展源，导致材料性 能降低。
[0031] 另一方面，本实验采用的基体合金为6082侣合金，除Al、Mg、Si主要元素 W外，还含 有MnXu、Fe等元素。合金凝固过程中，运些杂质元素富集于固液界面前沿，形成粗大、硬脆、 具有较强热缩性的AWeMnSi、AlFeSi相，如附图3所示。该相在侣儀娃合金中一般为杂质相， 严重割裂了基体，易使铸锭有较大的热脆性、产生裂纹，运种富铁相还会成为应力集中源， 降低了合金的强度和塑性。然而，由于稀±元素 Y的加入，发现组织中富铁相形貌发生改变， 由原来硬脆的针状或粗大的骨骼状变成细小、破碎的团球状，棱角纯化，降低了富铁杂质相 的危害，避免了拉伸过程中应力集中的产生，提高了合金的强度和塑性。出现运种变化的原 因主要是稀±元素 Y进入到富铁相中，置换了富铁相中的化原子，形成AlYSi、AlYMnSi化合 物，改善了化相的组成和形态，因而合金的力学性能得到改善。
【主权项】
1. 一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金，其特征在于：在6082合金的基体中加入了占最终产物 Al-Mg-Si-Y稀土铝合金重量百分比为0.1 %~0.7%的稀土Y元素，同时提高合金的抗拉强 度和塑性。2. 如权利要求1所述的一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金，其特征在于:在6082合金的基体中 加入了占最终产物Al-Mg-Si-Y稀土铝合金重量百分比为0.45 %~0.55 %的稀土 Y元素。3. 如权利要求1或2所述的一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金，其特征在于：在6082合金的基 体中加入了占最终产物Al-Mg-Si-Y稀土铝合金重量百分比为0.5%的稀土 Y元素，合金的抗 拉强度为330Mpa，延伸率为11.4 %，较未添加 Y时抗拉强度提高了 10 %，塑性提高了 83.9 %。4. 如权利要求1所述的一种Al-Mg-Si-Y稀土铝合金的制备方法，其特征在于:采用电阻 炉将6082铝合金加热至750 °C熔炼，加入A1-10Y中间合金，保温20分钟，期间每隔5分钟用石 墨棒搅拌一次，之后用(：2(：1 6除气精炼，扒除表层浮渣，浇铸温度为700°C，浇铸模具采用铜 模，模具预热温度200~250 °C。
【文档编号】C22C1/03GK106011507SQ201610225917
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】赵玉涛, 钱炜, 张振亚, 王晓璐, 王研
【申请人】江苏大学