專利名稱：一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的方法
—種A1-5%T1-1%B中間合金細化純鋁的方法技術領域
本發(fā)明屬于金屬材料加工領域，具體涉及到一種Al-5%T1-l%B中間合金細化純鋁的方法。
背景技術：
鋁合金由于質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕、導電導熱性能好、易加工等特性，廣泛應用于機械、航空航天、建筑、電器電子和汽車等領域。尤其是在高新技術領域的應用，對鋁錠及鋁坯在后續(xù)深加工工藝中的組織也提出了嚴格的要求，而控制其組織和性能的關鍵之一是熔鑄出最佳的鑄態(tài)晶粒組織——細小均勻的等軸晶。然而鋁及其合金在鑄造條件下容易形成粗大的晶粒組織，要實現(xiàn)其廣泛應用，必須改善其鑄態(tài)組織。
細化晶粒的方法主要有物理和化學兩類，物理方法主要包括快速冷卻法、機械物理細化法和物理場細化法?；瘜W方法是加入晶粒細化劑，以促進晶粒形核或阻礙晶核長大。 快速冷卻法在生產(chǎn)簡單的小型件或粉末制品時比較常用，對大型厚斷面鑄件的生產(chǎn)很難實現(xiàn)，而且該方法不易操作，人為因素及偶然性較大。機械物理細化法操作復雜、消耗大、易摻入雜質(zhì)，而且細化效果不穩(wěn)定。物理場細化法處理金屬純凈度高，但需要復雜的生產(chǎn)設備，能耗高，而且人們對其本身機制和規(guī)律還缺乏了解。添加細化劑效果穩(wěn)定、作用快、操作方便、適應性強，是一種最為經(jīng)濟、有效、實用的細化方法。研究表明，Al-T1、Al-T1-B、 Al-T1-C中間合金中的TiAl3, TiB2和TiC顆?？勺鳛槿垠w中的非均勻形核核心，對鑄件有很好的細化效果。
Al-T1-B中間合金是目前較為廣泛使用的細化劑，現(xiàn)在大約75%的世界鋁工業(yè)使用Al-T1-B進行晶粒細化。但該類細化劑存在諸多問題，如TiB2粒子易于聚集，極易與氧化膜或熔體中的鹽類熔劑結(jié)合造成夾雜JiB2粒子尺寸粗大，在軋制晶粒度級別要求較高的鋁箔時，可導致針孔，有時會使帶材斷裂，并損壞軋輥；細化含有Zr、Cr元素的鋁及其合金時，Τ Β2粒子會中毒失去細化作用。
為了解決粗大TiAl3相溶解擴散不完全，TiB2粒子聚集問題，發(fā)明專利“Al-T1-B 中間合金細化純鋁工藝”(專利號=200710093880.1)提出在向鋁熔體添加Al-T1-B中間合金細化劑的同時，在鋁熔體上部引入高能超聲波，加快TiAl3相溶解擴散速度，增加 TiB2粒子的彌散分布程度，從而提高Al-T1-B中間合金的細化效率，鋁錠晶粒尺寸可以達至lJ150ym以下。發(fā)明專利“在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金晶粒細化劑”(專利號 200410103904. 3)針對TiC相易聚集、顆粒尺寸分布范圍大等問題，提出在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金，然后澆鑄成錠或連鑄連軋成線材。結(jié)果表明TiC相得到顯著的細化和分散，對純鋁及鋁合金有明顯的細化效果。但是超聲處理不但增加生產(chǎn)成本，而且在工業(yè)化生產(chǎn)時難以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和細化效果。
有文獻報導同時含有TiB2和TiC顆粒的Al-T1-B-C中間合金可以克服Al-T1-B 和Al-T1-B-C‘中毒”現(xiàn)象。發(fā)明專利“一種Al-T1-B-C中間合金晶粒細化劑的制備方法”(專利號200910016566. 2)提出將純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉混合后，添加到1000 1350°C的高溫鋁熔體中，從而獲得Al-T1-B-C中間合金細化劑。該細化劑可以將純鋁晶粒尺寸細化到200微米。該方法由于使用粉末原料、氬氣保護下混料以及高溫熔煉，極易燒損，增加生產(chǎn)成本。發(fā)明內(nèi)容
為了解決TiAl3和TiB2相尺寸粗大、TiB2粒子易于聚集的問題，本發(fā)明提供了一種Al-5%T1-l%B中間合金細化純鋁的工藝，將Al-5%T1-l%B中間合金中的TiAl3相從板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膲K狀，由更多細小的塊狀TiAl3和TiB2充當有效異質(zhì)形核核心，從而提高 Al-5%T1-l%B中間合金的細化效率。
本發(fā)明的目的主要是提供一種Al-5%Ti_l%B中間合金細化純鋁的方法，主要步驟為
I)室溫下對Al-5%Ti_l%B中間合金進行等通道變形；
2)將放有鋁錠和精煉劑的陶瓷坩堝放入井式爐中加熱至760°C使之熔化；
3)將等通道變形Al-5%Ti_l%B中間合金，按占純鋁重量O. 2 O. 6%加入到鋁液中；
4)攪拌鋁液后，升溫到澆注溫度，靜置保溫5 60分鐘；
5)在720 80(TC溫度條件下，將鋁液澆入鐵模中，脫模、水冷至室溫。
步驟I)等通道變形中，模具內(nèi)角Φ為90 120°，模具外角Ψ為0°，每道次變形均不旋轉(zhuǎn)試樣，變形速度12mm/min,變形道次控制在8道次以內(nèi)。
步驟4 )中靜置保溫的時間為5 60分鐘。
本發(fā)明的原理為室溫下，對Al-5%Ti_l%B中間合金進行等通道變形， Al-5%T1-l%B中間合金中的TiAlJH從板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膲K狀，然后將不同道次等通道變形的Al-5%T1-l%B中間合金添加到鋁液中，由于更多細小的塊狀TiAl3和TiB2充當有效異質(zhì)形核核 心，提聞晶體的形核率，從而細化晶粒。
具體實施方式
實施例一
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取 0、1、2、4、8道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的 O. 6%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置60min后，在760°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為85 440 μ m,電導率為63. 79 65. 34%，顯微硬度為 31. 2 38. 7。
實施例二
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 6%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置5min后，在760°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為89 μ m，電導率為64. 48%，顯微硬度為39.1。
實施例三
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 2%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置5min后，在720°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為108 μ m，電導率為63. 65%，顯微硬度為38. 6。
實施例四
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 6%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置60min后，在720°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為78 μ m，電導率為64. 86%，顯微硬度為40. 4。
實施例五
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 2%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置5min后，在800°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠 的平均晶粒尺寸為122 μ m，電導率為63. 92%，顯微硬度為38. 7。
實施例六
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角110° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 6%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置60min后，在800°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為113 μ m，電導率為64. 88%，顯微硬度為38. 5。
實施例七
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角90° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 2%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置5min后，在720°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為85 μ m，電導率為63. 48%，顯微硬度為39. 6。
實施例八
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，取4 道次等通道變形(模具內(nèi)角120° )的Al-5%T1-l%B中間合金，按占純鋁重量的O. 6%加入到鋁液中，攪拌、升溫、靜置60min后，在800°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。
將澆注好的鋁錠，在距底部上方20mm處鋸開，并進行粗磨、細磨、拋光，使用渦流導電儀測試電導率。鋁錠的平均晶粒尺寸為134 μ m，電導率為64. 72%，顯微硬度為37. 8。
比較例一
將工業(yè)純鋁和精煉劑加入到陶瓷坩堝中，在井式爐中加熱到760°C使之熔化，攪拌、升溫、靜置60min后，在760°C將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。鋁錠的平均晶粒尺寸為1150 μ m，電導率為66. 60%，顯微硬度為29. 3。
工業(yè)純鋁及實施例1 8細化工藝條件下純鋁的晶粒大小、電導率和顯微硬度測試結(jié)果見表I?？梢钥吹?，在工業(yè)純鋁中添加等通道變形Al-5%T1-l%B中間合金后，隨著等通道變形道次的增加，純鋁的晶粒尺寸逐漸減小，相對電導率呈下降趨勢，但是下降幅度不大，顯微硬度呈明顯上升趨勢。同時，在鋁錠的橫截面上，等軸晶區(qū)逐漸擴大，柱狀晶區(qū)逐漸減小甚至消失。
因此采用本發(fā)明Al-5%Ti_l%B中間合金細化純鋁工藝，即在工業(yè)純鋁液中添加等通道變形Al-5%T1-l%B中間合金，可以提高Al-5%T1-l%B中間合金的細化效率，工業(yè)純鋁錠的晶粒尺寸可以達到100 μ m以下，獲得較好的綜合物理力學性能。
表I工業(yè)純鋁及實施例1 8工藝條件下純鋁的晶粒大小、電導率和顯微硬度
權利要求
1.一種Al-5%T1-l%B中間合金細化純鋁的方法，其步驟為 1)室溫下對Al-5%T1-l%B中間合金進行等通道變形； 2)將放有鋁錠和精煉劑的陶瓷坩堝放入井式爐中加熱至760°C使之熔化； 3)將等通道變形Al-5%T1-l%B中間合金加入到鋁液中； 4)攪拌鋁液后，升溫到澆注溫度，并靜置保溫一段時間； 5)在720 800°C溫度下將鋁液澆入鐵模中，脫模、水冷至室溫。
2.根據(jù)權利要求1所述的Al-T1-B中間合金細化純鋁的方法，其特征在于步驟I)等通道變形過程中，模具內(nèi)角①為90 120°，模具外角叫為0°，每道次變形均不旋轉(zhuǎn)試樣，變形速度12mm/min,變形道次控制在8道次以內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的Al-T1-B中間合金細化純鋁工藝，其特征在于步驟3)等通道變形Al-5%T1-l%B中間合金的添加量為純鋁重量的0. 2 0. 6%。
4.根據(jù)權利要求1所述的Al-T1-B中間合金細化工業(yè)純鋁工藝，其特征在于步驟4)中間合金加入鋁液進行攪拌、升溫后，靜置保溫時間為5 60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的工藝。主要包括如下步驟1)室溫下對Al-5%Ti-1%B中間合金進行等通道變形；2)將放有鋁錠和精煉劑的陶瓷坩堝放入井式爐中加熱至760℃使之熔化；3)將等通道變形Al-5%Ti中間合金，按占純鋁重量0.2～0.6%加入到鋁液中；4)將上述鋁液攪拌、升溫后，靜置保溫時間為5～60分鐘；5)在720～800℃溫度條件下，將鋁液澆入鐵模中，脫模、水冷至室溫。采用本發(fā)明細化工藝，Al-5%Ti-1%B中間合金中細小的塊狀TiAl3和TiB2充當有效異質(zhì)形核核心，提高了熔體的形核率，從而細化晶粒，工業(yè)純鋁錠晶粒尺寸可以細化到100μm以下，顯著擴大等軸晶區(qū)范圍，獲得較好的綜合物理力學性能。
文檔編號C22C21/00GK102990046SQ20121057223
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者魏偉, 茆仁宇, 魏坤霞, 杜慶柏, 胡靜 申請人:常州大學