四元晶粒細化劑及其製造方法

2023-05-29 06:28:16 1

專利名稱：四元晶粒細化劑及其製造方法
技術領域：
本發明是一種用作鋁及鋁合金晶粒細化劑的鋁-鈦-碳-硼四元合金及其製造方法。
眾所周知，在鋁及鋁合金鑄造過程中，在熔體中添加適當的細化劑能顯著細化鑄件的晶粒，從而改善其性能和減少廢品的出現。因此，三十多年來在鋁工業中對晶粒細化劑的研究和應用得到廣泛的重視。最初用作細化劑的是Al-Ti合金。但用它作細化劑需要較高的含鈦量才有使用效果。後來發現在Ai-Ti含金中添加少量的硼能顯著提高其細化晶粒的效果。其原因是硼與鈦作用能生成高熔點(2980℃)的TiB2彌散質點。但TiB2質點有較嚴重的聚集傾向，在熔體中長時間停留容易形成羽狀晶。而且當鋁合金中含有Zr、Cr、Mn等元素時，會降低其細化效果。近幾年又有專利(US№4748001)提出製造和使用一種含有大量TiC彌散質點的Al-Ti-C合金細化劑。TiC與鋁具有相同的晶體結構(面心立方)和非常接近的晶格常數(TiC，a＝4.32A;Al，a＝4.04A)，而且其熔點很高(3147℃)，非常穩定。因此它可作為鋁及鋁合金熔體結晶時理想的晶種。但是，由於鋁熔體對石墨的浸潤性很差，難於溶解碳，碳與鈦也很難化合生成TiC，TiC又是一種非常硬脆的物質，這就使高含碳量的Al-Ti-C合金難於熔煉和加工。可能就是由於這種原因，世界各國至今仍無這種產品出售。
本發明的目的是製造一種比上述三種細化劑使用效果更好，而又容易生產製造和無其它缺點的晶粒細化劑。
本發明是一種含有碳和硼的Al-Ti-C-B四元合金。合金中同時含有Al3Ti、TiB2、TiC三種能起晶種作用的彌散質點。該合金較理想的成分(按重量)是2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，餘量為Al和雜質。其中各元素按重量含量的相互關係最好能滿足下列關係C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
本發明所述細化劑，可以是鑄錠，也可製成粒狀或絲狀。
本發明的細化劑製造方法如下先將鋁熔化，加入鈦，鈦完全熔化後同時加入經予熱的碳和含硼的化合物，或先加入碳後再加入硼化物，充分攪拌熔體，然後靜置片刻，澆注成鑄錠。鑄錠可通過擠壓或軋制等方法加工成絲材，也可將合金熔體用制粒機直接製成粒子。
為使熔體中各元素充分作用，最好在鋁液溫度達1000-1100℃時加入鈦，1100-1200℃時加入碳、硼以氟硼酸鉀加入，並與碳混合後同時加入，碳應以粒度小於80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，並加入前在500-700℃予熱1小時以上，澆注時熔體溫度控制在900-1000℃。
其熔煉過程可在真空中或大氣中進行。若在大氣中熔煉，需用冰晶石或其它鹼金屬和鹼土金屬的滷鹽作熔劑，在加入碳粉前需徹底清渣。
本發明具有以下優點它比Al-Ti-B和Al-Ti-C具有更好的細化晶粒效果，而又容易生產製造，起晶種作用的彌散質點無明顯的聚集傾向，對含Cr、Zr、Mn的鋁合金也有良好的使用效果。
三種細化劑對純鋁(Al-1)晶粒的細化效果如附圖
所示。它們是用同樣的熔鑄條件(在鋁液溫度升到725℃時加入細化劑，停留5分鐘澆注到φ30×50mm的室溫鑄鐵模中)，同樣的細化劑加入量(按爐料重的0.2%)所得的鑄錠宏觀組織(1∶1)。其中1是未加任何細化劑的，2是添加Al-5Ti-1B絲狀細化劑的，3是添加Al-5Ti-1C鑄塊細化劑的，4是添加Al-4Ti-1(C+B)鑄塊細化劑。由圖可以看出，Al-Ti-C-B含金細化劑的細化晶粒效果明顯優於其它兩種含金細化劑。
下面結合實例詳細敘述本發明的細化劑製造過程例一用5652克純鋁(Al-1)，300克鈦屑，60克100目(149微米)的碳粉，550克氟硼酸鉀，在高頻感應爐中用石墨坩鍋熔煉。首先熔化鋁，當熔體溫度達1050-1100℃時加入鈦屑，並加入適量冰晶石作熔劑。待鈦完全熔解到鋁中後，溶體溫度達1100-1200℃時，徹底清渣，然後用料盅分批將鋁箔包好的炭黑與氟硼酸的混合物壓入熔體內。炭黑在加入前應在500-700℃加熱1小時。混合物加入到熔體中後應充分攪拌熔體，使碳和硼能充分與鈦作用生成TiC和T
B2。全部混物添加後，應使熔體靜置10分鐘，使未作用的游離碳和其它懸浮雜質能漂浮到液面，然後再添加少量冰晶石，將其造渣除去。待熔體溫度降至950-1000℃時澆注成錠，或用制粒機制出粒子。鑄錠通過擠壓或軋制等方法便可加工出線材。
例二，除碳粉改用石墨粉外，其餘原料與例一相同，在中頻真空感爐中用石墨坩堝熔煉。首先熔化鋁和鈦，當熔體溫度達1100-1200℃時，通過爐殼內的加料器加入鋁箔包好的石墨粉與氟硼酸鉀的混合物。石墨粉也需予先在500-700℃加熱1小時。添加混合物時，為了防止熔體飛濺，爐內應充少量的氬氣。混合物添加完後熔體利用電磁攪拌20分鐘，然後靜置10分鐘，再降溫至950-1000℃進行澆注。按此工藝便可獲得合格的鑄錠。
權利要求
1.一種用來細化鋁及鋁合金晶粒的細化劑，是含有鈦、碳的鋁合金。其特徵是加入硼，使合金中同時存在Al3Ti、TiB2、TiC三種能起晶種作用的彌散質點。
2.按權利要求1所述的合金，其特徵是其成分(按重量)中含有2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，餘量為Al和雜質。
3.按權利要求1和2所述的合金，其特徵是合金成分各組元按重含量的相互關係符合下述關係C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
4.按權利要求1所述的晶粒細化劑，其特徵是顆粒狀或絲狀。
5.權利要求1所述晶粒細化劑的製造方法，它包括，將鋁先熔化，加入鈦，在鈦完全熔解到鋁中後加入經予熱的碳，充分攪拌後再靜置片刻，澆注成鑄錠或粒狀。其特徵是在加入碳的同時加入含硼的化合物，或在加入碳以後再加入含硼化合物。
6.按權利要求5所述方法其特徵是(1)鋁液溫度達1000-1100℃時加入鈦，溫度達1100-1200℃時加入碳和氟硼酸鉀的混合物，降溫至900-1000℃時澆注。(2)碳以粒度小於80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，加入前需在500-700℃予熱1小時以上。
7.按權利要求5、6所述方法，其特徵是熔煉過程在大氣中進行，需用冰晶石或其它鹼金屬和鹼土金屬的滷鹽作熔劑，並在加入碳粉前徹底清渣。
8.按權利要求5、6所述方法，其特徵是熔煉過程在真空中進行。
全文摘要
本發明是用作鋁及鋁合金晶粒細化劑的鋁-鈦-碳-硼四元合金及其製造方法。該合金中同時含有Al
文檔編號C22C1/02GK1046945SQ9010509
公開日1990年11月14日 申請日期1990年4月18日 優先權日1990年4月18日
發明者韓行霖, 吳慶義, 許仲剛, 姜文輝 申請人:瀋陽工業大學, 瀋陽有色金屬加工廠