[发明专利]一种含稀土元素3A21合金的双级时效处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种含稀土元素3A21合金的双级时效处理工艺。

背景技术

铝合金3A21是一种广泛应用于汽车工业的合金，例如汽车的汽缸盖、发动机缸体、轮辋和航空零部件。其优点是重量轻、优良的焊接性、耐腐蚀性、良好的机械强度、韧性、硬度、强度、气密性、流动性和可加工性。在汽车行业应用铝合金3A21轮辋，有助于降低重量，提高燃油效率，拥有更好的转向性能，抗冲击、耐腐蚀性。这些优点也有助于实现良好的副加作用，如减少二氧化碳排放量和石油资源的保护。

铸件的力学性能有很大程度的受到其大小，体积，和微观结构成分形态的影响，这些都取决于成分，凝固条件和热处理。3A21合金包含体积分数为50%的呈凝固细胞状的粗片状结构或针状共晶硅相，这种结构对基体的强度，塑性和断裂韧性很不利。因此对其研究开发仍在进行，提高共晶Si粒子的分布均匀度一直在积极探索中。为了保证合金的机械强度和延展性，其主要的共晶结构合金必须被修改，普片认为，IA族和IIA族元素（Na，Mg，Ca，Sr）是铝硅共晶–有效的改性剂；只有钠和锶已被广泛用于在这些合金的改性。而据报道Na的改性作用是最强的，Sr即使在重熔状态下也能降低蒸汽压，该关键作用使其成为这种商业合金首选的改性剂。然而由于在锶改性阶段可能形成不良的三元合金Al-Si–Sr，因此替代其改性作用的元素的仍在积极的探索中。据文献报告，稀土（Re）元素有改变铸造铝硅合金的共晶结构的能力。稀土是稀土金属Ce、La、Nd和Pr的混合物，并且具备和其他元素形成各种金属间相的高化学亲和力。热处理周期的变化通过影响合金的晶粒大小、分布和共晶硅相的形态，从而提高合金的力学性能，并且通过生成β’-Mg2Si进而提高其延展性。时效处理获得最好的结果是析出物细小均匀分布。在正常的时效硬化处理，虽然晶粒内部形成所需的弥散分布和沉淀物的高密度，但晶粒边界附近的地方（晶界空位的地方）有无析出带（PFZ）。而且边界本身似乎产生过时效。这种异质结构会导致低劣的性能。双级时效包括两个步骤：第一次时效是保持过饱和合金首先在较低的温度下保温一段时间，第二次时效使保持过饱和合金在相对较高的温度下保温一段时间。首先在低温时效是为了产生更多的细小而均匀分布的析出物粒子作为第二次时效的形核核心。因此，双级时效消除晶界PFZ。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种含稀土元素3A21合金的双级时效处理工艺，以获得性能优异的3A21合金。

本发明的技术方案是：一种含稀土元素3A21合金的双级时效处理工艺，包含以下步骤：LM25进行熔炼，熔化是在覆盖剂下进行，将粉末混合稀土RE包裹在Al片中加入，对熔融金属进行搅拌，将熔液倒入金属模具，沉淀硬化处理包括溶液处理、在水中冷却和单/双级时效，其中固溶处理是将试样在550℃下保温5小时；双级时效的第一次时效在45-70℃下保温1-2小时，然后存放在冷却介质中直到第二次时效处理，第二次时效在150-170℃下保温7小时。

最佳第一次时效温度为50℃。

最佳第二次时效温度为170℃。

本发明的有益效果：

（1）3A21和添加0.5%Re的3A21合金在进行单级时效和双级时效后其硬度没有多大的差别。

（2）当对添加0.5%Re的3A21合金进行单级时效时，其UTS有所提高，但延展率有所减少；然而，但对其进行双级时效后，其延展率有大为的提高。

（3）延展率最大的不同出现在添加0.5%Re的3A21合金进行双级时效后。这是因为添加了使GP区稳定的微量元素。

（4）在3A21合金中添加0.5%的稀土Re在进行双级时效的目的是为了获得最佳的机械性能。

具体实施方式

约600克的LM25放在在坩埚中用电阻炉进行熔炼。熔化是市售覆盖剂下进行。石灰涂清洁铁工具的使用，将约35克（0.5重量%）的粉末混合稀土RE包裹在Al片中加入坩埚中，用石墨棒对熔融金属进行搅拌，将熔液倒入20毫米直径、200毫米长的圆柱形金属模具。

沉淀硬化处理包括溶液处理、在水中冷却（淬火）和单/双级时效。固溶处理是将试样在550℃下保温5小时；双级时效的第一次时效在50℃下保温1小时，然后将试样被存放在冷却介质中直到第二次时效处理，第二次时效在170℃下保温7小时。单级时效在170℃下保温8小时。