一种Al-9Mn合金性能优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Al-9Mn合金性能优化方法，属于合金性能优化技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝锰系合金具有低密度、耐蚀性好、抗压性强、易加工等优良性能，被广泛应用于 机械制造、航空、航天、汽车等领域。但铝锰合金在力学性能上与其他金属材料还存在一定 差距，其强韧性能等方面还有待提高，最常用的技术手段就是在铝锰合金中加入一定量的 稀土元素，改变其力学性能，以满足使用要求。研究表明：稀土 Si能够减少铝锰合金组织偏 析，细化晶粒，从而使铝锰合金的综合性能得到提高。迄今为止，Si是铝合金最有效的变质 剂，其效果比其它过渡族元素的明显，但稀土 Si的价格过于昂贵，很难应用于工业生产。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的问题：提供一种Al-9Mn合金性能优化方法，旨在提高合金的性 能，以满足工业要求。
[0004] 本发明的技术方案： 一种Al-9Mn合金性能优化方法，由工业纯A1、工业纯Μη及Al-20%Ti (质量分数)、 Al-5%Si、Al-9%Zn中间合金熔炼而成，其中Zn和稀土 Si以质量分数计的含量均为0. 25%， 首先将纯A1在石墨坩埚电阻炉中熔化，当石墨坩埚呈暗红色撒上RF-2型熔剂(光卤石型 覆盖剂)后继续升温，熔炼温度控制在780°C，待其充分溶化后用C 2C16精炼剂对熔体作净化 处理，撇渣降温静置6分钟后进行浇铸，利用箱式电阻炉对浇铸体进行固溶处理即可。
[0005] 所述的固溶处理温度435°C，固溶时间为16h，出炉水淬，水温90°C。
[0006] 本发明的有益效果： 1) Zn及稀土 Ti、Si可通过对晶粒的细化作用，提高铸态Al-9Mn合金的力学性能。
[0007] 2)在Al-9Mn合金中添加 Zn及稀土 Ti、Si形成A1-RE相及Al-Zn化合物，主要以 颗粒状或短杆状形态A1-RE弥散分布晶界及靠近晶界处，依靠钉扎晶界、阻碍晶间变形来 提高合金力学性能。
[0008] 3)复合添加0· 25%的Zn、稀土 Ti与单独添加0· 25%的稀土 Si对Al-9Mn合金的力 学性能影响类似；在435°C固溶16h的条件下，复合添加0. 25%的Zn和稀土 Si后，Al-9Mn 合金力学性最佳，其抗拉强度达到270Mpa，延伸率达到6. 5%。
[0009]
【附图说明】： 图1是不同Zn及稀土 Ti、Si添加量铸态Al-9Mn合金的显微组织； 图2是不同Zn及稀土 Ti、Si添加量固溶态Al-9Mn合金的显微组织； 图3是不同Zn及稀土 Ti、Si添加量Al-Mn铸造合金的XRD物相分析图谱； 图4是固溶态不同Zn及稀土 Ti添加量Al-Mn合金的微观形貌； 其中上述图中 a 为 Al-9Mn ;b 为 Α1-9Μη-0· 25 (Zn+Ti) ;c 为 Al-9Mn -0· 25Si ;d 为 Al-9Mn -0. 25 (Zn+Si)。
[0010]
【具体实施方式】： 实施例： 合金的化学成分见表1，均由工业纯A1、工业纯Μη及Al-20%Ti (质量分数，下同)、 Al-5%Si、Al-9%Zn中间合金熔炼而成。首先将纯A1在石墨坩埚电阻炉中熔化，当石墨坩 埚呈暗红色撒上RF-2型熔剂(光卤石型覆盖剂）后继续升温，熔炼温度控制在780°C，待其 充分溶化后用C 2C16精炼剂对熔体作净化处理，撇渣降温静置6分钟后进行浇铸。浇铸后将 试烧铸试样加工成符合国标GB/T 228-2002的拉伸试样，利用箱式电阻炉对拉伸试样进行 固溶处理，固溶处理温度435°C，固溶时间为16h，出炉水淬，水温90°C。
[0011] 利用OLYMPUS金相显微镜观察加入Zn及不同含量稀土 Ti、Si试样的组织特征；常 温下，在CSS-4490电子万能材料实验机测定拉伸试样的抗拉强度及延伸率；用JSM-T200型 扫描电镜对试样进行面分布扫描以及微区成分能谱分析；然后进行XRD衍射物相分析。
[0012] 如图1所示，铸态Al_9Mn合金组织中的a -A1枝晶组织十分发达,晶粒相对粗大 (图la);添加0. 25%稀土 Ti能够使铸态合金组织中的α -Α1枝晶得到细化，但是细化效果 一般（图lb);当复合添加0. 25%的Zn和稀土 Ti后，合金组织得到进一步细化（图lc)，其细 化效果与单独在铸态Al-9Mn中加入0. 25%的稀土 Si相似（图Id);而当复合添加0. 25%的 Zn和稀土 Si时，晶粒细化效果最佳（图le)。
[0013] 图2为不同Zn及稀土 Ti、Si含量固溶态Al-9Mn合金的显微组织形貌。经 430°C X 16h固溶处理后，试样成分分布和组织状态发生改变。如图2所示，未添加稀土的铸 态合金，经固溶后Al3Mn 2相大量固溶于基体a -A1相中（图2a);复合添加0. 25%的Zn和稀 土 Ti和单独添加0. 25%的稀土 Si铸态合金组织中，固溶处理后，除Al3Mn2相数量减少外， 在晶界及靠近晶界区域还残留有一定数量的高熔点析出相（图2b、c);而复合添加0. 25%的 Zn和稀土 Si的铸态合金，固溶处理后的晶粒组织中晶界得到细化、成分均匀分布，（图2d)。 经XRD分析表明，试验合金固溶处理后残留的析出相可能为热稳定性较高的A1-RE化合物 及Al-Zn化合物（图3)。
[0014] 表2给出了不同Zn及稀土 Ti、Si添加量及固溶处理对Al-9Mn合金力学性能的影 响趋势。看表可知：经固溶处理后的Al-9Mn合金力学性能普遍得到提升，单独添加0. 25% 的稀土 Ti对合金力学性能影响不大；复合添加0. 25%的Zn、稀土 Ti与单独添加0. 25%稀 土 Si后的Al-9Mn合金力学性能相近；而在合金中复合添加0· 25%的Zn和稀土 Si后，其力 学性能达到最佳效果，固溶处理状态下的抗拉强度达到270Mpa，延伸率达到6. 5%。
[0015] Al-9Mn合金力学性能主要取决于其显微组织特性。铸态Al-9Mn合金的力学性能 较低，这与组织中枝晶发达，晶粒较为粗大以及硬脆组织六131112相的存在有关；而经过固溶 处理后，其力学性能得到提升。根据Al-9Mn合金力学性能测试结果(表2)，无论铸态或者 固溶态，添加适量Zn及稀土 Ti、Si均能不同程度提高合金的抗拉强度及延伸率。首先，Zn 及稀土 Ti、Si的添加能够使基体相a -A1晶粒尺寸的减小，细化组织，这将对合金产生细晶 强化效应；其次，固溶态组织中析出相的形态也会影响Α1-9Μη合金的力学性能，添加适量 的Zn及稀土 Ti、Si可在合金中形成一定数量细小颗粒状或短杆状的A1-RE相及Al-Zn化 合物，弥散分布与晶界及靠近晶界处（图4)，此类形态的A1-RE相及Al-Zn化合物可钉扎晶 界、阻碍位错运动，提高合金在塑性变形过程中对显微裂纹扩展的抗力 M。再次，固溶处理 能够消除合金中的硬脆组织0^131112相，此类硬脆相与基体α-Al相不共格，难以产生良 好的沉淀强化效应，反而使铸态Al-9Mn合金的性能恶化 [9]。而根据Al-Mn二元相图，Al3Mn2 相的熔点约为452°C [9]，其热稳定性较差，经435°C X16h固溶处理，Al3Mn2相大量溶解于 a -A1基体中，形成了过饱和的a -A1相，产生固溶强化作用，而热稳定性更高的A1-RE相则 基本不发生变化。综上，在合金晶粒细化、稀土相强化以及β_Α1 3Μη2相固溶强化的综合作 用下，Α1-9Μη的力学性能得到提高。
【主权项】
1. 一种Al-9Mn合金性能优化方法，其特征在于：由工业纯A1、工业纯Μη及Al-20%Ti、 Al-5%Si、Al-9%Zn中间合金熔炼而成，其中Zn和稀土Si以质量分数计的含量均为0. 25%， 首先将纯A1在石墨坩埚电阻炉中熔化，当石墨坩埚呈暗红色撒上RF-2型熔剂后继续升 温，熔炼温度控制在780°C，待其充分溶化后用C2C16精炼剂对熔体作净化处理，撇渣降温静 置6分钟后进行浇铸，利用箱式电阻炉对浇铸体进行固溶处理即可。2. 根据权利要求1所述的一种Al-9Mn合金性能优化方法，其特征在于：所述的固溶处 理温度435°C，固溶时间为16h，出炉水淬，水温90°C。
【专利摘要】本发明公开了一种Al-9Mn合金性能优化方法，由工业纯Al、工业纯Mn及Al-20%Ti、Al-5%Si、Al-9%Zn中间合金熔炼而成，其中Zn和稀土Si以质量分数计的含量均为0.25%，首先将纯Al在石墨坩埚电阻炉中熔化,当石墨坩埚呈暗红色撒上RF-2型熔剂后继续升温，熔炼温度控制在780℃，待其充分溶化后用C2Cl6精炼剂对熔体作净化处理，撇渣降温静置6分钟后进行浇铸，利用箱式电阻炉对浇铸体进行固溶处理即可。在Al-9Mn合金中添加Zn及稀土Ti、Si形成Al-RE相及Al-Zn化合物，主要以颗粒状或短杆状形态Al-RE弥散分布晶界及靠近晶界处，依靠钉扎晶界、阻碍晶间变形来提高合金力学性能。
【IPC分类】C22F1/04, C22C1/03, C22C21/00
【公开号】CN105441700
【申请号】CN201410501186
【发明人】杨佳
【申请人】杨佳
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月26日