一种稀土改性铝合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属合金领域，尤其涉及一种稀土改性铝合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高强铝合金具有强度高，塑性好，可焊性好，耐腐蚀性能优良等特点，被广泛应用 于各种飞机的结构件和其他强度要求高的高应力耐蚀结构件，是目前许多军用和民用飞 机，交通运输工具中不可缺少的重要结构材料。随着航天航空技术发展对材料要求的日益 提尚，研宄人员正着力开发强度更尚，综合性能优良的尚强度尚初错合金。目如，为提尚柳 接用的高强铝合金的综合性能，主要是在追求材料高强度的同时，降低由于强度提高对抗 应力腐蚀性能、断裂韧性和疲劳强度等造成不良影响。同时，各行业对高强铝合金的要求日 益提尚，并提出了尚载荷、轻质化、尚强、尚初、尚申旲量、良好的耐蚀性能及焊接性能等一系 列要求，而现有的高强铝合金因断裂韧性差或强度低造成零件尺寸较厚，无法满足高载荷， 轻质化，低成本要求，迫切需要新型轻质高强铝合金进行更新换代。
[0003] 国际上高强铝合金研制基本上是沿着高强度、低韧性一高强度、高韧性一高强度、 高韧性、耐腐蚀方向发展。前苏联与美国先后发现往高强铝合金中添加 Sc元素可减少由于 添加 Cu元素造成合金焊接过程中的热裂纹倾向，明显改善合金的强度和焊接性能，为此相 继开发出含Sc的高强铝合金。
[0004] 近年来，俄罗斯采取向Al-Zn-Mg合金中添加 Sc和Zr的方法，开发出抗疲劳性能、 焊接性能和韧性好的高强铝合金1975U970等。国内的高强铝合金发展历程与国外相同， 目前国内也开展了可焊高强铝合金的实验室试制。但是，我国在研宄高强高韧铝合金时追 求高强度高韧性却忽视了降低材料的生产成本，同时我国现有的高强高韧铝合金所能达到 的水平还远远落后于国外水平，所以迫切需要研宄出更多成本低廉和韧性优良的新型高强 铝合金。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种稀土改性铝合金材料及其制备方法，旨在解决现存铝 合金因断裂韧性差或强度低造成零件尺寸较厚，无法满足高载荷和轻质化要求，且生产成 本高的问题。
[0006] 本发明是这样实现的，一种稀土改性铝合金材料，所述铝合金材料包括以下按重 量百分比计各元素 ：Zn :6%，Mg :2%，Cu :2%，Mn :0· 2%，Ni :0· l%，Cr :0· l%，Ti :0· 08%， Zr :0. 15, Er :0. 2%，Yb :0. 3,单个杂质量不大于0.05%，杂质总量不大于0. 15%，余量为 Alo
[0007] 本发明进一步提供了上述稀土改性铝合金材料的制备方法，该制备方法包括以下 步骤：
[0008] (1)按权利要求1所述重量百分比称取以下元素单质：Zn、Mg、Cu、Mn、Ni、Cr、Ti、 Zr、Er、Yb 以及 Al ;
[0009] ⑵熔制
[0010] 先熔化Al单质，完全熔化温度达850°C，再加 Cu，熔化完后加入中间合金，中间合 金包括Mn、Ni、Cr、Ti、Zr、Er、Yb单质，最后依次加 Mg、Zn单质；完全熔化后再除气除渣，静 置，当溶液温度达750°C时即浇铸铸锭；
[0011] (3)均匀化
[0012] 将铸锭去表层1~2毫米，然后放入均匀化炉中，在410°C下保温24小时，再降温 至120度以下，出炉空冷，得到均匀化铸锭；
[0013] ⑷热塑性变形
[0014] 将均匀化铸锭在450°C下进行热轧和热挤压，控制总变形量不小于60%，得到变 形铸锭；
[0015] (5)热强化处理-固溶时效
[0016] 将变形铸锭在470°C下保温4小时立即水淬，然后在120°C下时效24小时后空冷， 得到稀土改性铝合金材料。
[0017] 针对现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种稀土改性铝合金材料及其制备方 法。一种微合金化元素在一定范围内会有效提高合金的综合性能，在本发明中，通过添加 微量的Er、Zr及Yb等微合金化元素，有效地改善了铝合金的组织结构，细化了晶粒，提高 了综合性能，尤其是力学强度及生产成本的平衡，满足了高载荷和轻质化要求。Er有强烈 的变质作用，初生相Al3Er和Al3Sc相类似，作为非均质形核核心，大大提高形核率，细小的 Al3Er颗粒对位错和亚晶界具有钉扎作用，阻碍位错重组和亚晶界的迀移，从而延缓亚晶的 形核和长大，显著细化再结晶晶粒。金属Er成本远低于金属Sc，从而大大降低了合金的生 产成本，利于此合金的推广与使用。与单独加入Zr，形成Al3Zr弥散相相比，组合添加 Zr、 Yb后形成的Al3(Zr，Yb)弥散相数量远远多于Al-Zr合金中析出的Al3Zr弥散相，Al 3(Zr， Yb)弥散相析出密度更大、细小且均匀。Al3(Zr，Yb)弥散相显著提高再结晶能力，在挤压变 形后，基本保持纤维状组织，抑制了基体再结晶。同时，这些粒子可与位错和亚晶界具有强 烈的交互作用，具有强烈的应力场，形成共格强化。这些弥散粒子钉扎住位错与晶界，合金 在受到外力时，位错大量增殖，位错间交割形成大量不可动位错，从而使合金基体的强度提 高，形成位错强化。位错大量留在基体内，也减少了其在晶界、亚晶界塞积，使合金不易在晶 界处形累积，造成裂纹源，从而提高了合金的整体强度。
[0018] 相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明通过向铝合金 中复合添加微量的Er、Zr及Yb等微合金化元素（Yb既可以提高铝合金的强度又可以提高 其断裂韧性，Er是取代Sc的理想元素，有效降低生产成本），并通过优化的强化固溶处理， 得到的稀土改性铝合金材料，具有低成本、高强度以及优良的冲击韧性（强度和冲击韧性 皆有所提高，其极限抗拉强度可达710MPa以上，屈服强度可达到650MPa以上，材料伸长率 高于8%)，综合性能有显著提高，解决了现有高强铝合金因强度低造成零件尺寸较厚，无 法满足高载荷、轻质化要求，以及由于生产成本高，不利于推广和使用的问题，可用广泛于 航空航天、核工业、交通运输、机械电子、兵器等领域的结构元件。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0020] 实施例1
[0021] 稀土改性铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022] (1)按以下按重量百分比配比各材料：
[0023] 配料a:按重量百分比计称取以下元素单质Zn :6%，Mg :2%，Cu :2%。
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