一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金型材的熔炼领域，尤其是涉及一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法。
背景技术：
：超细晶材料是指在三维空间尺寸至少有一维是处于亚微米数(100nm<d<1μm)的材料，该材料具有室温下的高强度和高温下的超塑性。采用传统的熔炼技术以及塑性加工成型方法，所制备的材料无法达到超细晶尺寸级别，更不用说达到纳米级别了。采用大塑性形变法(spd法)可以解决这一问题，可以获得超细晶材料组织，甚至纳米组织，该方法包括高压扭转法、等通道转角挤压法、多向锻造及累计叠轧法，其目的是将晶粒尺寸剪切至小于1000nm。其中等通道转角挤压法是一种优异的大塑性形变方法，其材料制备的原理如下：待挤压试样在外力作用下，通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道，经过多道次挤压不断地在材料表面累计剪切应力，在剪切作用下，粗大晶粒被粉碎成一系列具有小角度晶界的亚晶，亚晶沿着一定方向拉长形成带状组织，亚晶带宽度一般为几微米或亚微米；然后，亚晶被继续破坏，开始出现部分具有大角度晶界的等轴晶组织；最后，亚晶带消失，显微组织主要为具有大角度晶界的等轴晶组织，晶粒位相差随剪切变形量的增加而增大，最终导致晶粒细化。技术实现要素：本发明提供了一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法，利用等通道转角挤压技术制备超细晶铝合金材料，制备的材料具有较高的力学强度及塑性。。本发明的技术方案：一种高塑性、高强度铝合金，该合金的成分以重量百分比来表示，包括si4～7，fe0.1～0.6，mg0.3～0.7，ti0.5～1.5，cr0.1～0.3，b0.05～0.2，zn0.1～0.3，稀土re0.1～1，其余的为铝。进一步的，所述稀土re可以选择镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中任意一种及其任意两种以上复配的混合物。进一步的，该合金的抗拉强度为505～560mpa，延伸率为20～30％。进一步的，一种高塑性、高强度铝合金，具体制备步骤如下：(1)预先检查中频炉的水路、电路，确认所有水管均通水畅通并检查电路有无螺丝松动等异常情况；(2)利用锯床切割所有原料，制成小块，按照铝合金各成分的重量配比，称取原料，一并放入大型石墨坩埚中；(3)熔炼前，开启电源，预先烘炉和烘料，通过控制面板调节电流和电压控制温度，烘炉温度为350±10℃，时间为35±5min；(4)继续调节控制面板上的电流和电压，升温至820±10℃，保持在这一温度范围，熔炼时间为2～3h；(5)熔炼完毕后，将精炼剂加入到铝合金中精炼除气，时间为10min，然后进行浇铸，用铁板档渣浇铸在预先预热的铜模具上，待合金熔体完全凝固后，打开模具取出铝合金铸锭。(6)对熔炼后的铝合金铸锭进行等通道转角挤压处理，待铝合金挤压试样在外力作用下，通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道，挤压道次为12次，挤压完成最终获得铝合金产品。进一步的，所述稀土re以al-re中间合金的形式添加，al-re中间合金中al与re的重量比为5:1-9:1。进一步的，步骤(6)中的过渡圆角取值范围为90-150°。进一步的，所述精炼剂的配方为kno370-80份，naf50-60份，lif40-60份，冰晶石20-25份，alf310-25份，ce(no3)320-30份。本发明采用上述技术方案可以获得以下有益效果：利用等通道转角挤压技术制备出的铝合金材料，可以获得超细晶组织，铝晶粒尺寸为100-200nm，晶粒呈现均匀化分布，可以获得很高的抗拉强度，并且由于晶粒的协调变形，使得材料获得了较高的塑性，制备的材料拥有很好的应用前景。附图说明图1是本发明制备的铝合金铝基体的tem形貌图。图2是未经过等通道转角挤压处理的铝合金铝基体sem形貌图。具体实施方式本发明实施例中采用的铝锭、镁锭、锌锭、纯铁、铬块、硼粉、海绵钛的重量纯度≥99.9wt.％，2202#工业硅和稀土金属re的重量纯度≥99.7wt.％。本发明实施例中采用中频感应炉进行铝合金的熔炼。实施例1：一种高塑性、高强度铝合金，该合金的成分以重量百分比来表示，包括si4，fe0.1，mg0.3，ti0.5，cr0.1，b0.05，zn0.1，稀土ce0.5，al94.35。一种高塑性、高强度铝合金，具体制备步骤如下：(1)预先检查中频炉的水路、电路，确认所有水管均通水畅通并检查电路有无螺丝松动等异常情况；(2)利用锯床切割所有原料，制成小块，按照铝合金各成分的重量配比，称取原料，一并放入大型石墨坩埚中；(3)熔炼前，开启电源，预先烘炉和烘料，通过控制面板调节电流和电压控制温度，烘炉温度为350±10℃，时间为35±5min；(4)继续调节控制面板上的电流和电压，升温至820±10℃，保持在这一温度范围，熔炼时间为2～3h；(5)熔炼完毕后，将精炼剂加入到铝合金中精炼除气，时间为10min，然后进行浇铸，浇铸时用铁板档渣，而熔体缓缓浇注到预先预热的铜模具上，待合金熔体完全凝固后，打开模具取出铝合金铸锭；(6)对熔炼后的铝合金铸锭进行等通道转角挤压处理，待铝合金挤压试样在外力作用下，通过由两个以一定的过渡圆角所组成且横截面相同的通道，挤压道次为12次，变形温度为300℃、挤压速度为15mm/s，挤压完成最终获得铝合金产品。稀土金属以al-10ce中间合金的形式加入，其熔炼过程如下：在730±10℃下，将稀土ce加入到铝熔体中，稀土金属熔化后直接浇注成小锭。步骤(6)中的过渡圆角取值范围为90～150°。所述精炼剂的配方为kno370～80份，naf50～60份，lif40～60份，冰晶石20～25份，alf310～25份，ce(no3)320～30份。所述稀土ce可以替换为镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中任意一种及其任意两种以上复配的混合物。实施例2：与实施例1的区别在于，一种高塑性、高强度铝合金，该合金的成分以重量百分比来表示，包括si7，fe0.6，mg0.7，ti1.5，cr0.3，b0.2，zn0.3，稀土ce0.5，稀土pr0.5，al88.4。熔炼过程中使用的稀土中间合金为al-11ce-5pr。所述稀土ce和pr可以替换为镧、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中任意一种。实施例3：与实施例1的区别在于，一种高塑性、高强度铝合金，该合金的成分以重量百分比来表示，包括si5.5，fe0.35，mg0.5，ti1，cr0.2，b0.13，zn0.2，稀土ce0.5，稀土pr0.3，稀土nd0.2，al91.12。熔炼过程中使用的稀土中间合金为al-5ce-5pr-5nd。所述稀土ce、pr和nd可以替换为镧、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中任意一种。对比例1：与实施例1的区别在于，不进行等通道转角挤压，而合金成分与实施例1一样；对比例2：与实施例2的区别在于，不进行等通道转角挤压，而合金成分与实施例2一样；对比例3：与实施例3的区别在于，不进行等通道转角挤压，而合金成分与实施例3一样；性能检测将实施例1～3和对比例1～3所制备的铝合金样品，根据gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验标准》进行室温条件下的拉伸性能测试，测试的结果见表1。表1实施例1～3和对比例1～3所制备铝合金的力学性能数据列表案例抗拉强度(mpa)延伸率(％)实施例150520实施例253027实施例356030对比例132016对比例235520对比例337818表1显示了实施例1～3和对比例1～3所制备铝合金的力学性能，结果显示相比于对比例1～3，实施例1～3的抗拉强度、延伸率，均有所提高，这是由于经过等通道转角挤压多道次的处理，不断地累积剪切应变，最终引起晶粒细化，根据霍尔-彼奇(hall-petch)公式，即晶粒越细小，其硬度越高，抗拉强度越大，而且在外力作用下，细小的晶粒之间会引起协调变形，导致合金延伸率提高，塑性增强。经过等通道转角挤压12道次处理以后，晶粒尺寸细化到100～200nm，铝基体组织以等轴晶的形式存在，见图1。而对比例1～3中不进行等通道转角挤压处理，也是以等轴晶为主，晶粒尺寸的范围为10～30μm，见图2。本发明提供了一种高塑性、高强度铝合金及其制备方法，本发明可以获得以下有益效果：相比于传统的塑性形变加工方法，利用等通道转角挤压技术制备出的铝合金材料，可以获得超细晶组织，铝晶粒尺寸为100～200nm，晶粒呈现均匀化分布，可以获得很高的抗拉强度，并且由于晶粒的协调变形，使得材料获得了较高的塑性，制备的材料拥有很好的应用前景。具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页12