[发明专利]一种提高铝合金中弥散相数量的方法

说明书

一种提高铝合金中弥散相数量的方法，属于金属合金技术领，即向Al‑Zr合金中添加Si元素或并复合添加Er和Si元素进行固溶和等温时效提高铝合金中弥散相数量的方法。对Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr‑Si‑Er还能提高抗再结晶性能。

技术领域

本发明属于金属合金技术领域，涉及一种提高铝合金中弥散相数量的方法。

技术背景

Al-Zr系合金具有广阔的应用前景，其时效析出的L1₂结构Al₃Zr 热稳定性好、抗粗化能力强，提高了合金的耐热性能及抗再结晶性能。 Zr元素也经常被用于添加到另一种铝合金Al-Zn-Mg-Cu中，因为 Al-Zn-Mg-Cu在热轧过程中会不可避免的出现再结晶过程，使得晶粒长大，导致合金强度变低，Al-Zn-Mg-Cu合金中加入少量的Zr后会析出亚稳态的L1₂结构的Al₃Zr，Al₃Zr可以抑制变形合金的再结晶过程。

然而，Zr在α-Al中的扩散速率较低，400℃下Zr在Al中扩散速率为1.20×10^-20m² s^-1，比Al的自扩散速率低了5个数量级，合金在时效过程中难以充分析出固溶的Zr原子。且由于凝固过程中Zr的偏析，时效析出相Al₃Zr在α-Al中分布不均匀，从而影响合金的强度、电导率和抗再结晶性能。

Si作为铝合金中含量较高的杂质元素，其对Al₃Zr析出相形核与长大的影响受到普遍关注，Si在富Al端与Al发生共晶反应，凝固过程中倾向于偏聚到枝晶间和晶界附近区域，文献指出Si有加速Al-Zr 合金析出动力学过程并增大析出强化的作用。

Er具有与Sc类似的微合金化作用，Er和Zr相互之间能够发生复合微合金化作用，形成Al₃(ErZr)相，大幅度提高合金的力学性能，有效抑制再结晶，提高再结晶温度。

本发明正是基于以上的考虑，向Al-Zr合金和Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金中复合添加Er和Si，以提高合金中的析出相数量。

发明内容

本发明的目的在于通过复合微合金化的方法，发挥Er、Si的协同作用，并探寻其成分范围，以提高Al-Zr合金中强化相的数量和析出相的热稳定性，以及提升Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗再结晶性能。

为了实现上述目的，发明人经过反复试验表明，在Al-Zr系合金中添加质量百分数为0.15wt％-0.50wt％的硅能够提升Al-Zr合金中强化相的析出数量；合金的各组成元素质量百分数为：锆 0.20wt％-0.30wt％，硅0.15wt％-0.50wt％，余量为铝；按所述各成分配比合金元素，合金固溶后在350～375℃之间进行等温时效处理 12～48h，合金的析出相数量得到较大提高；

在Al-Zr系合金中添加质量百分数为0.15wt％-0.30wt％的硅和 0.20wt％-0.30wt％的铒能够显著提升Al-Zr合金中强化相的析出数量；合金的各组成元素质量百分数为：锆0.20wt％-0.30wt％，硅 0.15wt％-0.30wt％，铒0.20wt％-0.30wt％，余量为铝；按所述各成分配比合金元素，合金固溶后在350～375℃之间进行等温时效处理 12～48h。