CN100402681C - 一种Al-Ti-C中间合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，涉及一种用于细化铝及铝合金晶粒的Al-Ti-C中间合金的制备方法，特别是采用真空自耗电弧熔炼法制备Al-Ti-C中间合金的方法，其特征在于制备时将按设计要求的Al∶Ti∶C重量比的Al、Ti、C粉末均匀混合后，压制为圆柱状自耗电极，直接采用真空电弧熔炼进行熔炼得到Al-Ti-C中间合金。采用本发明的方法获得的中间合金成品率高，且表面质量及内部的冶金质量有了明显的改善。
Description
技术领域
一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，涉及一种用于细化铝及铝合金晶粒的Al-Ti-C中间合金的制备方法，特别是采用真空自耗电弧熔炼法制备Al-Ti-C中间合金的方法。
背景技术
晶粒细化是提高铝及铝合金产品质量和成品率的重要方法之一，其中添加晶粒细化剂的方法操作简便、成本低廉、细化效果好，在工业生产中获得了广泛的应用。20世纪60年代以来，Al-Ti-B一直是铝加工业优先采用的晶粒细化剂。但随着铝加工业的发展和对铝合金产品质量要求的不断提高，Al-Ti-B细化剂固有的缺点逐渐暴露，主要表现在：造成熔体污染，流动性差，易衰退等问题。Al-Ti-C中间合金具有以下优点：一是生产细化剂时无污染；二是生产细化剂时不会产生盐类夹杂和其它夹杂物；三是在0.2％的细化剂加人量时，Al(3-4)Ti(0.1-0.2)C和Al(5-6)Ti(0.2-0.8)C可产生一样的细化效果；四是TiC质点比TiB2质点尺寸小得多，而且可以进一步细化至纳米级，细化效果更为显著，被认为是替代Al-Ti-B细化剂最佳选择。但是，由于C元素与铝溶体很难润湿形成合金化，造成Al-Ti-C中间合金制备过程中易偏析，质量不稳定等问题，阻碍了该细化剂的发展，一直未能形成工业化的产品。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效解决在合金制备过程中易偏析、质量不稳定问题的Al-Ti-C中间合金的制备方法。
本发明的目是通过以下技术方案实现的。
一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于其制备过程依次为：
a.将Al、Ti、C的粉末颗粒，按合金设计的Al∶Ti∶C重量比均匀混合；
b.将混合均匀的粉末，在钢制模具中模压成棒；
c.在真空或氩气气氛保护下，采用等离子焊接，制备自耗电极；
d.将制备的电极进行真空自耗电弧熔炼；
e.熔炼完成后，在真空保护下，凝固冷却至300℃以下出炉。
本发明的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于真空自耗电弧熔炼的工艺参数为：熔炼起始电压设定在30～40v，电极与坩埚间隙为50mm～70mm，电弧长度控制在20～40mm。
本发明的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于在真空自耗电弧熔炼过程中转变直流电极极性。
本发明的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于对真空自耗电弧熔炼后的铸锭进行二次熔炼。
本发明的方法，采用真空自耗电弧熔炼的技术，通过混料、电磁搅拌提高了铸锭的均匀性；通过真空熔炼及全过程的气氛保护减少了氧化夹杂提高铸锭纯净度；通过精确调控熔炼过程的各个控制参数，提高了铸锭的成品率。
采用本发明的方法批量生产大规格的Al-Ti-C中间合金，在保证质量的前提下，能够有效地降低合金的制造成本，具有显著的经济效益。
具体实施方式
一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，制备过程为：首先按合金的重量成分配比，将Al、Ti、C粉末颗粒搅拌后，放入三维滚筒混料机上进行混粉；混合均匀的粉末取出后，在钢制的简易模具中，直接模压成棒，为减少焊接过程中的氧化行为，采用氩气保护，利用等离子焊接制备自耗电极；控制熔炼工艺参数，熔炼起始电压设定在30～40v，电极与坩锅间隙为50mm～70mm，电弧长度控制在20～40mm：为提高铸锭组织的均匀性，每隔几秒钟将直流电极极性转变，提高搅拌效果。铸锭在真空保护下，凝固冷却至300℃左右出炉，对于有特殊质量要求的合金，进行二次熔炼以提高合金成分均匀性。
实施例1
Al-Ti-C中间合金的成分设计重量比为Al：94.3，Ti：4.9，C：0.8。以上成分的粉末进行初步搅拌，为近一步提高合金均匀性，将1Kg粉末放入三维滚筒混料机，转速为18rpm，混料10分钟后取出。在内径为Ф30mm的钢制模具中压制成形，加压压力按200MPa设计，成型后的圆柱棒在氩气保护下，利用等离子焊接方法制备获得自耗电极。控制熔炼过程中的各工艺参数的设定，初始工作电极为0.6v，合金熔化速率控制在1Kg·KW-1·h-1，电流密度控制在22A·cm-2。电极与坩锅间隙为55mm，电弧长度控制在25mm左右，为提高铸锭组织的均匀性，每隔几秒钟将直流电极极性转变，提高搅拌效果。铸锭在真空保护下，凝固冷却至300℃出炉。分析铸锭组织发现合金成分均匀，无宏观偏析且杂质含量限制在0.2％以下。
实施例2
Al-Ti-C中间合金的成分设计重量比为Al：94.2，Ti：0.9，C：0.4。将以上述成分的粉末进行初步搅拌，为近一步提高合金均匀性，将5Kg粉末放入三维滚筒混料机，转速为18rpm，混料15分钟后取出。在内径为Ф500mm的钢制模具中压制成形，加压压力按200MPa设计，成型后的圆柱棒在真空保护下，利用等离子焊接方法制备获得自耗电极。控制熔炼过程中的各工艺参数的设定，初始工作电极为0.6v，合金熔化速率控制在1Kg·KW-1·h-1，电流密度控制在7.3A·cm-2。电极与坩锅间隙为60mm，电弧长度控制在34mm左右。铸锭在真空保护下，凝固冷却至300℃左右出炉。分析铸锭组织发现合金成分均匀，无宏观偏析且杂质含量限制在0.2％以下。
实施例3
Al-Ti-C中间合金的成分设计重量比为：Al：94.3，Ti：4.9，C：0.8。其工艺方法是：依以上成分将粉末进行初步搅拌，为近一步提高合金均匀性，将1Kg粉末放入三维滚筒混料机，转速为18rpm，混料10分钟后取出。在内径为Ф30mm的钢制模具中压制成形，加压压力按200MPa设计，成型后的圆柱棒在氩气保护下，利用等离子焊接方法制备获得自耗电极。控制熔炼过程中的各工艺参数的设定，初始工作电极为0.6v，合金熔化速率控制在1Kg·KW-1·h-1，电流密度控制在7.3A·cm-2。电极与坩锅间隙为55mm，电弧长度控制在25mm左右，为提高铸锭组织的均匀性，每隔几秒钟将直流电极极性转变，提高搅拌效果。铸锭在真空保护下，凝固冷却至300℃左右出炉。分析铸锭组织发现合金成分均匀，无宏观偏析且杂质含量限制在0.2％以下。
Claims (4)
1.一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于其制备过程依次为：
a.将Al、Ti、C的粉末颗粒，按合金设计的Al∶Ti∶C重量比均匀混合；
b.将混合均匀的粉末，在钢制模具中模压成棒；
c.在真空或氩气气氛保护下，采用等离子焊接，制备自耗电极；
d.将制备的电极进行真空自耗电弧熔炼；
e.熔炼完成后，在真空保护下，凝固冷却至300℃以下出炉。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于真空自耗电弧熔炼的工艺参数为：熔炼起始电压设定在30～40V，电极与坩埚间隙为50mm～70mm，电弧长度控制在20～40mm。
3.根据权利要求1所述的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于在真空自耗电弧熔炼过程中转变直流电极极性。
4.根据权利要求1所述的一种Al-Ti-C中间合金的制备方法，其特征在于对真空自耗电弧熔炼后的铸锭进行二次熔炼。
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| 铝用晶粒细化剂Al－Ti－C的研究进展. 郝风昌，孝云祯，温景林.江苏冶金，第29卷第5期. 2001 |
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