一种含稀土元素Ce、Y的Al-Mg-Mn合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含稀土元素 Ce、Y的Al-Mg-Mn合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战 期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便 着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、 电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。 现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。
[0003] 1、高强度铸造铝合金和变形铝合金 一般铸造错合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和 AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa~300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的 少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高;AlZn系铸造合金的耐 热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较 大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是 铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、乳制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密 度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求 高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价 格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产 也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合 金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有 重要的理论意义和重大的实际应用价值。
[0004] 在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重 要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目 前没有与它对应的牌号。
[0005] 2、高温铝合金 高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发 动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受 较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通 运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。
[0006] 常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600~1100°C高温环境下工作； 而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400°C以下的热环境中长 期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发 动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐 热商强错合金铸造。
[0007] 由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下， 人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金 和变形用合金两大类。
[0008] 而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高 强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、 2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形铝合金及7A04等7XXX系变形铝合金，在 250°C以上温度下强度多数小于100 Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以Si、Mg、Zn 作为主微合金化元素，而不添加这几种元素、且250°C以上温度下强度在150 Mpa以上的耐 热高强变形铝合金材料未见报导。
[0009] 3、铝合金的变质处理 熔体的高质化处理是铝合金熔炼的核心环节和追求目标，同时是获得优质铝合金材料 的基础和前提。高质化处理主要包括两个方面：一是纯净化，二是结构单元细化及均匀化。 前者主要是采取把杂质固态化滤除和"以气除气"的方法降低熔体杂质和氢含量，工艺过程 会产生废渣和废气；后者通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法使构成铝合金熔 体及固溶体的基本单元一结晶体一的尺寸变得尽可能小、分布尽可能均匀，因添加剂进入 合金熔体，成为合金的有效成份，因而过程中不产生废渣和废气。变质处理特别是使用高效 变质剂是调整铝合金铸态组织的根本手段。而合金的制备工艺对合金性质有着重大影响， 然后现在技术在制备合金时，得到的合金性质都不尽如人意。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是：提供一种含稀土元素 Ce、Y的Al-Mg-Mn合金，以获得 性能更优的Al-Mg-Mn合金。
[0011] 本发明的技术方案是：一种含稀土元素 Ce、Y的Al-Mg-Mn合金，其组分的质量分数 为：Mg :5· 5%，Mn :10%，Ce :0· 3%，Y :0· 5%。
[0012] -种含稀土元素 Ce、Y的Al-Mg-Mn合金的制备方法，以Al - Μη、Α1 - Y、A1-Ce中 间合金的形式分别加入Ce、Y、Mn元素，熔炼采用柑祸电阻炉，柑祸为石墨坩埚，先将称量好 的工业纯铝和覆盖剂装入电阻炉，在800°C的温度下熔化后，开炉降温至600°C，将镁块用 钛罩压入，再升温至740°C时加入中间合金，在熔炼过程中要搅拌均匀，加入六氯乙烷进行 精练除气，最后静置6分钟，扒渣后可以浇注。
[0013] 所述的覆盖剂为NaCl或KCl。
[0014] 本发明的有益效果：本发明通过加入稀土元素 Ce、Y来调整Al-Mg-Mn合金的各项 力学性能，最终确定了稀土元素 Ce、Y的最佳添加量使合金获得优异的性能。
【具体实施方式】
[0015] 熔料采用工业铝锭和高纯镁，以Al - Mn、Al - Y、Al-Ce中间合金的形式分别加 入Ce、Y、Mn元素。熔炼采用柑祸电阻炉，柑祸为石墨坩埚，先将称量好的工业纯铝和覆盖 剂（NaCI、KCI)装入电阻炉，在800°C的温度下熔化后，开炉降温至600°C，将镁块用钛罩压 入(镁熔点低不压入易燃)，再升温至740°C时加入中间合金，在熔炼过程中要搅拌均匀，加 入六氯乙烷进行精练除气。最后静置6分钟，扒渣后可以浇注。 CN 105177358 A 说明书 3/3 页
[0016] 熔炼时应注意以下事项： (1) 在熔炼之前要对原材料加热去除水分，并对熔炼时要用的工具做相应处理，以免在 高温状态下产生爆炸事故和熔体吸气； (2) 在熔炼过程中，装料入炉后，要加入少量的NaCl、KCl，其主要目的是为了在表面形 成一层保护膜，以减少铝合金的氧化； (3) 镁加入时，最好用铝箔将Mg包起来，且要迅速地直接放入铝液中并用钛罩(熔点 高）压入，防止部分镁燃烧，使参数不准； (4) 熔炼过程中一定要搅拌均匀，这样能使合金元素均匀分布，防止成分偏析。
[0017] 组织分析和性能检测 常温下，在CSS-44100电子万能材料实验机测定拉伸试样的抗拉强度及延伸率；利用 OLYMPUS金相显微镜观察加入混合稀土后试样的显微组织特征。
[0018] 力学性能数据如下
【主权项】
1. 一种含稀土元素Ce、Y的Al-Mg-Mn合金，其特征在于：其组分的质量分数为：Mg: 5. 5%,Mn：10%,Ce：0. 3%,Y：0. 5%〇2. 如权利要求1所述的一种含稀土元素Ce、Y的Al-Mg-Mn合金的制备方法，其特征在 于：以Al-Mn、Al-Y、Al_Ce中间合金的形式分别加入Ce、Y、Mn兀素，烙炼米用柑祸电阻 炉，柑祸为石墨坩埚，先将称量好的工业纯铝和覆盖剂装入电阻炉，在800°C的温度下熔化 后，开炉降温至600°C，将镁块用钛罩压入，再升温至740°C时加入中间合金，在熔炼过程中 要搅拌均匀，加入六氯乙烷进行精练除气，最后静置6分钟，扒渣后可以浇注。3. 根据权利要求2所述的一种含稀土元素Ce、Y的Al-Mg-Mn合金的制备方法，其特征 在于：所述的覆盖剂为NaCl或KCl。
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土元素Ce、Y的Al-Mg-Mn合金，其特征在于：其组分的质量分数为：Mg：5.5%，Mn：10%，Ce：0.3%，Y：0.5%。其制备方法，其特征在于：以Al一Mn、Al一Y、Al-Ce中间合金的形式分别加入Ce、Y、Mn元素，熔炼采用柑祸电阻炉，柑祸为石墨坩埚，先将称量好的工业纯铝和覆盖剂装入电阻炉，在800℃的温度下熔化后，开炉降温至600℃，将镁块用钛罩压入，再升温至740℃时加入中间合金，在熔炼过程中要搅拌均匀，加入六氯乙烷进行精练除气，最后静置6分钟，扒渣后可以浇注。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/00, C22C1/06, C22C21/06
【公开号】CN105177358
【申请号】
【发明人】熊绍红
【申请人】熊绍红
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年6月13日