一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法
2023-05-17 08:58:51 2
專利名稱：一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法
技術領域：
本發明涉及鑄造領域，特別涉及鋁合金鑄造領域。
背景技術：
自60年代末起Al-Ti-B中間合金晶粒細化劑一直是鋁工業界優先採用的細化劑， 尤其是近十幾年來由於供貨廠不斷採取技術措施極積改進質量，在提高產品金屬淨度和晶粒細化效果方面取得了較大的改善。90年代的Al-Ti-B質量比以前已大大提高，如99. 7% 工業純鋁的晶粒尺寸90年代為150 μ m左右，而以前為200 μ m以上。儘管如此，現有TiB2 顆粒聚集缺陷，鋁工業界很久以來便希望能有一種可接受的Al-Ti-B替代品。已經證明，含TiC的晶粒細化劑較少存在與TW2顆粒聚集相關的缺陷，TiC顆粒聚集的傾向小和對Zr、Cr中毒免疫。AlTiC是最有潛力的鋁用晶粒細化劑。40年代末， Cibula基礎研究就證明除TWdhTiC是鋁有效的孕育劑，至今已有半個世紀了(Cibula A， J. Inst.，76，1949-50,321-360)，並建立了碳化物理論鈦與鋁熔體中通常存在的(不是特意加入的)碳反應生成TiC，後者在鋁熔體凝固期間在鈦濃度大大低於包晶成分(0. 15% Ti)下使α-Al形核導致晶粒細化(同刊80，1951-52，1-6)。但是，由於沒有找到實際有效的合金化方法，未使AlTiC合金實現生產和應用。主要原因是碳不潤溼鋁，難與熔體鋁密切接觸。80年代中期，Banerji和Reif報導了一種Al-6% -1. 2% C的AlTiC中間合金 (metallurgial trans.，Vol. 16A 1985，2065-2068 和英國專利 GB2171723，1986 及美國專利4748001，1988)，但末實現工業應用。美國KB Alloys 公司 Boone 等(Light Metals 1990，845-850)，實驗開發了名為 KBX-22 AlTiC 合金(Al-5% Ti-(0. 01% -0. 1% )C)0 研究證明，與無硼的 Al_6% Ti 和低硼的Al-5% Ti-O. 2% B相比，KBX-22晶粒細化效果獲得了很大的改善，並表明增高碳含量 (0. 01% -0. 1% C)達不到增加有效性的目的。廣泛的工業實驗證明，鈦能在鋁中產生很好的晶粒細化作用。進一步得知，向鋁鈦合金中再加入硼時鈦的晶粒細化作用大大提高。AlTiB晶粒細化劑至今一直是鋁工業上廣泛使用的有效晶粒細化劑。但是，現有AlTiB晶粒細化劑中的TiB2顆粒聚集缺陷，例如箔材針孔與斷裂、光亮修飾和陽極氧化薄板的條狀缺陷、金屬印刷板的表面缺陷以及飛機用途高強鋁合金厚板和鍛件裂紋、含鋯或鉻鋁合金中TB2使ττ或Cr中毒導致不均勻的晶粒組織等仍存在質量問題，困攏了鋁工業界30餘年。為避免這些缺陷，鋁業界很久以來便希望能找到一種可以接受的AlTiB替代品。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的之一在於提供一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，以替代現有的AlTiB細化劑，解決現有技術的鋁合金鑄造性能和/或力學性能較差的問題。為了達到上述發明目的，本發明採用的技術方案是
一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，包括如下步驟1)製備複合晶粒細化劑複合晶粒細化劑由Al-Ti-B-C和Cu-P組成，其中 Al-Ti-B-C佔50-70%，Cu-P佔30-50% ；將Al-Ti-B-C和Cu-P合金分別採用霧化法製備成粉末，篩分，分別取粒度為200-400目的兩種粉末，按上述比例混合均勻備用；2)配料熔煉原料使用純 Al 及 Al-12wt % Si、Al-50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、 Cd、Al-5wt% Ti 和 Al-IOwt % Mg 中間合金；按照目標成分 2. 5-3. 5 % Si, 5. 5-6. 5 % Cu, 0. 5-0. 55% Μη,Ο. 05-0. 25% Cd，0. 3-0. 5 % Ti, 3. 5-5% Mg, B 微量，C 微量，P 微量，稀土元素微量，餘下為Al ；雜質！^含量不大於0. 15%，雜質總量不大於0.40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預熱至460-480°C，依次加入純Al、Al-Si、Al-Cu、 Al-Mn、Al-Ti、Al-Mg、以及Cd，預熱1_2小時，然後升溫熔化；3)晶粒細化處理在步驟2、熔化的熔液中加入步驟1)製備的複合晶粒細化劑， 細化劑的總加入量為熔液質量的0. 5-0. 8% ；4)精鍊金屬液完全熔化後攪拌均勻，進行精煉處理，採用氯化錳精煉劑，精煉溫度720-750°C，精煉時間10-12min，精煉後靜置IOmin以上；5)變質處理精煉後進行變質處理，採用Al-Re中間合金變質劑，變質溫度 720-730°C，變質時間 12-20min ；6)澆注，用砂型模具，調整合金液溫度至700°C，進行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理530士5°C X 8_12h，淬水，控制轉移時間小於15秒；人工時效處理150士5°C X5-6h —空冷。其中步驟1)中所述的Al-Ti-B-C和Cu-P均為現有技術的合金。步驟1)優選所述 Al-Ti-B-C 佔 60-70%, Cu-P 佔 30-40% ；最優選 Al-Ti-B-C 佔 65%, Cu-P 佔 35% ；本發明方法的有益效果為1.通過將現有技術已有的Al-Ti-B-C和Cu-P精煉劑復配，將其製備成粉末態，並在大量實驗的基礎上，確定了二者復配的比例，取得了意料不到的細化晶粒的效果，大幅提高了鋁合金的強度。2.通過合理設計熔煉、精煉、變質、澆注以及熱處理工藝步驟及控制工藝參數，有力的保證了複合晶粒細化劑的使用效果，使得合金的綜合性能優異。 本發明的優勢將通過實施例進一步說明。
具體實施例方式實施例一一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，包括如下步驟1)製備複合晶粒細化劑複合晶粒細化劑由Al-Ti-B-C和Cu-P組成，其中 Al-Ti-B-C佔60%，Cu-P佔40% ；將Al-Ti-B-C和Cu-P合金分別採用霧化法製備成粉末， 篩分，分別取粒度為200-400目的兩種粉末，按上述比例混合均勻備用；2)配料熔煉原料使用純 Al 及 Al-12wt% Si、Al-50wt% Cu、Al-10wt% Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中間合金；按照目標成分 2. 8% Si,6% Cu,0. 5%Mn,0. 2% Cd, 0.4%Ti,3. 5%Mg,B微量，C微量，P微量，餘下為Al ；雜質！^含量不大於0. 15%，雜質總量不大於0. 40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預熱至460°C，依次加入純Al、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Mg、以及Cd，預熱1小時，然後升溫熔化；3)晶粒細化處理在步驟2)熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P複合晶粒細化劑，細化劑的總加入量為熔液質量的0. 5%,4)精鍊金屬液完全熔化後攪拌均勻，進行精煉處理，採用氯化錳精煉劑，精煉溫度720°C，精煉時間12min，精煉後靜置12min ；5)變質處理精煉後進行變質處理，採用Al-Re中間合金變質劑，變質溫度730°C， 變質時間15min ；6)澆注，用砂型模具，調整合金液溫度至700°C，進行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理535°C X 10h，淬水，控制轉移時間 12秒；人工時效處理155°C X5h —空冷。實施例二一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，包括如下步驟1)製備複合晶粒細化劑複合晶粒細化劑由Al-Ti-B-C和Cu-P組成，其中 Al-Ti-B-C佔65%，Cu-P佔35% ；將Al-Ti-B-C和Cu-P合金分別採用霧化法製備成粉末， 篩分，分別取粒度為200-400目的兩種粉末，按上述比例混合均勻備用；2)配料熔煉原料使用純 Al 及 Al-12wt% Si、Al-50wt% Cu、Al-10wt% Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt% Mg 中間合金按照目標成分 2. 8% Si, 6% Cu,0. 5% Μη,Ο. 2% Cd, 0.4%Ti,3. 5%Mg,B微量，C微量，P微量，餘下為Al ；雜質！^含量不大於0. 15%，雜質總量不大於0. 40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預熱至480°C，依次加入純Al、Al-Si、Al-Cu, Al-Mn, Al-Ti、Al-Mg,以及Cd，預熱2小時，然後升溫熔化3)晶粒細化處理在步驟2~)熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P複合晶粒細化劑，細化劑的總加入量為熔液質量的0. 8%,4)精鍊金屬液完全熔化後攪拌均勻，進行精煉處理，採用氯化錳精煉劑，精煉溫度720°C，精煉時間lOmin，精煉後靜置15min ；5)變質處理精煉後進行變質處理，採用Al-Re中間合金變質劑，變質溫度720°C， 變質時間15min ；6)澆注，用砂型模具，調整合金液溫度至700°C，進行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理525°C X 12h，淬水，控制轉移時間 10秒；人工時效處理150°C X6h —空冷。上述實施例一和二所製備的鑄造鋁合金，經測試，室溫下砂型鑄造試樣達到 σ b360-380MPa, δ 2. 0-2. 5 %，布氏硬度 120-130HBW ；金屬型鑄造試樣σ b370_390MPa， δ 2. 3-2. 8%，布氏硬度 130-140HBW。申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程， 但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進， 對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
權利要求
1.一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，包括如下步驟1)製備複合晶粒細化劑複合晶粒細化劑由Al-Ti-B-C和Cu-P組成，其中Al-Ti-B-C 佔50-70%，Cu-P佔30-50% JfAl-Ti-B-C和Cu-P合金分別採用霧化法製備成粉末，篩分， 分別取粒度為200-400目的兩種粉末，按上述比例混合均勻備用；2)配料熔煉原料使用純Al 及 Al-12wt % Si、Al-50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt % Ti 和 Al-IOwt % Mg 中間合金；按照目標成分 2. 5-3. 5 % Si,5. 5-6. 5 % Cu, 0. 5-0. 55% Μη,Ο. 05-0. 25% Cd，0. 3-0. 5 % Ti, 3. 5-5% Mg, B 微量，C 微量，P 微量，稀土元素微量，餘下為Al ；雜質！^含量不大於0. 15 %，雜質總量不大於0.40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預熱至460-480°C，依次加入純Al、ΑΙ-Si, Al-Cu, Al-Mn、Al-Ti、Al-Mg、以及Cd，預熱1_2小時，然後升溫熔化；3)晶粒細化處理在步驟幻熔化的熔液中加入步驟1)製備的複合晶粒細化劑，細化劑的總加入量為熔液質量的0. 5-0. 8% ；4)精鍊金屬液完全熔化後攪拌均勻，進行精煉處理，採用氯化錳精煉劑，精煉溫度 720-750°C，精煉時間10-12min，精煉後靜置IOmin以上；5)變質處理精煉後進行變質處理，採用Al-Re中間合金變質劑，變質溫度720-730°C， 變質時間12-20min ；6)澆注，用砂型模具，調整合金液溫度至700°C，進行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理530士5°CX8-12h，淬水，控制轉移時間小於15秒；人工時效處理150士5°C X5-6h —空冷。
2.權利要求1所述的方法，其中步驟1)中Al-Ti-B-C佔60-70%,Cu-P佔30-40%。
3.權利要求2所述的方法，其中步驟1)中Al-Ti-B-C佔65%，Cu-P佔35%。
全文摘要
本發明公開了一種用複合晶粒細化劑製備鑄造鋁合金的方法，該方法包括製備複合晶粒細化劑，配料熔煉、晶粒細化處理、精煉、變質處理、澆注、熱處理七個步驟。通過將Al-Ti-B-C和Cu-P精煉劑復配，將其製備成粉末態，合理選擇二者復配的比例，取得了良好的細化晶粒的效果，大幅提高了鋁合金的強度。
文檔編號C22C21/12GK102367534SQ20111030625
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者陳偉軍 申請人:陳偉軍