CN102319890A - 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 - Google Patents
一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102319890A CN102319890A CN201110267984A CN201110267984A CN102319890A CN 102319890 A CN102319890 A CN 102319890A CN 201110267984 A CN201110267984 A CN 201110267984A CN 201110267984 A CN201110267984 A CN 201110267984A CN 102319890 A CN102319890 A CN 102319890A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- alloy
- aluminium alloy
- solid slurry
- semi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
一种制备变形铝合金半固态浆料的方法，属于半固态铝合金浆料制备技术领域。本发明不经搅拌直接制备高强变形铝合金半固态浆料，将熔铸-原位合成陶瓷颗粒制备技术和近液相线浇注技术相结合，在变形铝合金熔体中原位合成一定量的亚微米级TiB2颗粒，作为异质形核核心，显著促进变形铝合金初生相的形核。再利用近液相线浇注技术控制球状晶的长大，最终制备出高性能的变形铝合金。该方法不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态浆料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态浆料的制备。
Description
技术领域
本发明涉及半固态铝合金浆料制备技术领域，特别提供了一种不经搅拌直接制备高强变形铝合金半固态浆料的方法。该方法不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态浆料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态浆料的制备。
背景技术
通常，铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。铸造铝合金是以铸造方法（液态金属直接浇注）生产的铝合金铸件。变形铝合金是以压力加工方法生产的铝合金加工产品，包括板，带，箔，管，棒，以及其它各种异型材。目前流变成形研究的铝合金主要集中在铸造铝合金A356、A357等上。虽然这类合金浆料的制备较易，但成形后材料的力学性能较差。
将高性能变形铝合金从液态直接近净成形为零件，一直是材料工作者追求的目标。由于变形铝合金结晶范围宽、析出相与基体之间比重差异大，因此用传统工艺生产这类合金时易导致组织粗大、热裂倾向严重和明显的宏观偏析。近年来，国内外材料工作者开展了流变成形高性能变形铝合金的制备-组织-性能的研究工作。研究中遇到的主要问题是：（1）变形铝合金的固液两相区通常较宽（例如，7075变形铝合金的固相线温度为477℃, 固相线温度为635℃，固液相线温度差为158℃），当工艺参数（如浆料温度、比压、模具预热温度等）控制不当时，易产生一些组织缺陷（如存在异常长大的蔷薇形组织、冷夹层等）和表面缺陷（如部件外表面的冷隔等），大大降低材料的性能；（2）目前多数的制浆工艺是依赖外场作用（机械搅拌、电磁搅拌等）使枝晶破碎，这种工艺能耗较高，设备投入较大，质量难以控制（由于合金固液相线温度差大，枝晶发达，搅拌难度很大），半固态流变成形较为困难。例如，申请号为200910099955.6的中国专利申请文件介绍了使用一种弯道自搅拌制备半固态浆料的方法。由于弯道弯曲坡度较大，容易出现结壳和堵塞弯管的现象，实际应用比较困难。又如，EP0745691A1专利文件介绍了一种非机械或非电磁搅拌的低过热度倾斜板浇注制备半固态浆料的方法。由于浆料只能获得低强度的紊流（低剪切速率），多用于铸造铝合金半固态浆料的制备。为了实现稳定的半固态浆料的生产，浆料组织形成机制应由枝晶破碎向促使球形组织直接生长的机制转变。
众所周知，快速获得理想的非枝晶半固态浆料是解决流变成形的技术关键，半固态浆料的诸多特性均与其球形或近球形的晶粒组织有关。球形或近球形晶粒的获得主要来自：树枝晶破碎球化技术和控制形核抑制树枝晶生长技术。前者的核心是通过搅拌使凝固生成的树枝晶破碎。这种工艺能耗较高，较易引起合金液的飞溅和氧化。后者的核心是在合金熔体中形成大量的晶核，从合金熔体中直接获得球形或近球形的初生固相。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种不经搅拌直接制备高强变形铝合金半固态浆料的方法。这是一种短流程，易控制，低成本制备半固态变形铝合金浆料的方法。
一种制备变形铝合金半固态浆料的方法，其特征是将熔铸-原位合成陶瓷颗粒制备技术和近液相线浇注技术相结合，在变形铝合金熔体中原位合成一定量的亚微米级TiB2颗粒，作为异质形核核心，显著促进变形铝合金初生相的形核。再利用近液相线浇注技术控制球状晶的长大，最终制备出高性能的变形铝合金。制备步骤如下：
1、选择铝合金体系，配制混合盐：按原子计量比Ti：B=1：2.2配比K2TiF6（纯度高于97wt%）和KBF4（纯度高于97wt%）混合盐。混匀并经300℃烘干。
2、熔炼铝合金：将选定的铝合金熔化并加热至800-850℃保温5-15分钟使其均匀化。
3、熔铸-原位合成TiB2颗粒：当铝合金熔体温度为800-850℃时迅速加入上述一定量K2TiF6和KBF4混合盐（理论生成TiB2质量占合金总质量的3%~6%）。用石墨搅拌器充分搅拌5-15分钟后再保温15分钟。
4、扒渣、精炼和除气：将步骤3所述复合材料熔体降温至720℃，扒除表面残渣，进行常规的铝合金精炼除气。
5、低温浇注：将步骤4所述复合材料熔体降到液相线以下5℃~10℃，保温5~30分钟后直接水淬或经压铸、挤压成形。
如上所述的制备变形铝合金半固态浆料的方法，其特征是铝合金体系选择7075变形铝合金。化学成分为：0.40wt%Si，0.50wt%Fe，1.2~2.0wt%Cu，0.30wt%Mn，2.1~2.9wt%Mg，0.20wt%Ti，0.18~0.28wt%Cr，5.1~6.1wt%Zn，其余为Al。步骤5所述复合材料熔体降到630~625℃，保温5~30分钟后直接水淬或经压铸、挤压成形。
本专利申请的创新性在于将熔铸-原位合成陶瓷颗粒制备技术和近液相线浇注技术相结合，在变形铝合金熔体中原位合成一定量的亚微米级TiB2颗粒（平均尺寸约500nm），作为异质形核核心，显著促进变形铝合金初生相的形核。再利用近液相线浇注技术控制球状晶的长大（温度过高不利于球状晶的形成，温度过低不利于熔体的流动和后续的充型过程），最终制备出高性能的变形铝合金。
本发明的优点是：
1、流程短：合金的熔炼和陶瓷颗粒的生成同时进行，有利于实现半固态浆料制备与成形的一体化和连续化。
2、操作简单：只需将复合材料熔体保温5~35分钟、经简单的水淬或者压铸、挤压成形过程就可以获得较理想的半固态材料。
3、成本低：不需要添加任何其它特定的浆料制备装置。制备过程中合金熔体表层覆盖的氟盐可有效减轻熔体的氧化和烧损。
4、适用面广：不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态浆料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态浆料的制备。原位合成陶瓷颗粒的添加还有利于提高材料的耐磨性。
附图说明
图1为3wt%TiB2/7075铝基复合材料在630℃保温不同时间后直接水淬得到的半固态组织 (a) 10min (b)23min；
图2为3wt%TiB2/7075铝基复合材料在625℃保温不同时间后直接水淬得到的半固态组织 (a) 8min (b)20min；
图3为6wt%TiB2/7075铝基复合材料在630℃保温不同时间后直接水淬得到的半固态组织 (a)30min (b)33min；
图4为6wt%TiB2/7075铝基复合材料在625℃保温不同时间后直接水淬得到的半固态组织 (a)25min (b)30min。
具体实施方式
实施例1
将7075铝合金熔化并加热至800℃，保温15分钟。然后加入生成TiB2质量占合金总质量3%的K2TiF6和KBF4混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌10分钟后再保温15分钟。降温至720℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5wt%的C2Cl6精炼剂进行精炼和除气。再将熔体温度降到液相线以下5℃即630℃，分别保温10，23分钟后直接水淬，得到3wt%TiB2/7075铝基复合材料半固态浆料（图1a-b）。经计算，保温23min时材料的平均晶粒尺寸为92.15 mm，形状因子为0.64。
实施例2
将7075铝合金熔化并加热至825℃，保温10分钟。然后加入生成TiB2质量占合金总质量3%的K2TiF6和KBF4混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌12分钟后再保温15分钟。降温至720℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5wt%的C2Cl6精炼剂进行精炼和除气。再将熔体温度降到液相线以下10℃即625℃，分别保温8，20分钟后直接水淬，得到3wt%TiB2/7075铝基复合材料半固态浆料（图2a-b）。经计算，保温20min时材料的平均晶粒尺寸为96.02 mm，形状因子为0.63。
实施例3
将7075铝合金熔化并加热至840℃，保温7分钟。然后加入生成TiB2质量占合金总质量6%的K2TiF6和KBF4混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌10分钟后再保温15分钟。降温至720℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5wt%的C2Cl6精炼剂进行精炼和除气。再将熔体温度降到液相线以下5℃即630℃，分别保温30，33分钟后直接水淬，得到6wt%TiB2/7075铝基复合材料半固态浆料（图3a-b）。经计算，保温33min时材料的平均晶粒尺寸为100.05 mm，形状因子为0.64。
实施例4
将7075铝合金熔化并加热至850℃，保温5分钟。然后加入生成TiB2质量占合金总质量6%的K2TiF6和KBF4混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌5分钟后再保温15分钟。降温至720℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5wt%的C2Cl6精炼剂进行精炼和除气。再将熔体温度降到液相线以下10℃即625℃，分别保温25，30分钟后直接水淬，得到6wt%TiB2/7075铝基复合材料半固态浆料（图4a-b）。经计算，保温30min时材料的平均晶粒尺寸为106.41 mm，形状因子为0.66。
Claims (2)
1.一种制备变形铝合金半固态浆料的方法，其特征在于：将熔铸-原位合成陶瓷颗粒制备技术和近液相线浇注技术相结合，在变形铝合金熔体中原位合成一定量的亚微米级TiB2颗粒，作为异质形核核心，显著促进变形铝合金初生相的形核；再利用近液相线浇注技术控制球状晶的长大，最终制备出高性能的变形铝合金；具体方法如下：
（1）选择铝合金体系，配制混合盐：按原子计量比Ti：B=1：2.2配比纯度高于97wt%的K2TiF6和纯度高于97wt%的KBF4混合盐，混匀并经300℃烘干；
（2）熔炼合金：将选定铝合金熔化并加热至800-850℃保温5-15分钟使其均匀化；
（3）熔铸-原位合成TiB2颗粒：当铝合金熔体温度为800-850℃时迅速加入上述一定量的K2TiF6和KBF4混合盐，生成TiB2质量占合金总质量的3%~6%，用石墨搅拌器充分搅拌5-15分钟后再保温15分钟；
（4）扒渣、精炼和除气：将步骤（3）产生的复合材料熔体降温至720℃，扒除表面残渣，进行常规的铝合金精炼除气；
（5）低温浇注：将步骤（4）产生的复合材料熔体降到液相线以下5℃~10℃，保温5~35分钟后直接水淬或经压铸、挤压成形。
2.如权利要求1所述的制备变形铝合金半固态浆料的方法，其特征是铝合金体系选择7075变形铝合金，化学成分为：0.40wt%Si，0.50wt%Fe，1.2~2.0wt%Cu，0.30wt%Mn，2.1~2.9wt%Mg，0.20wt%Ti，0.18~0.28wt%Cr，5.1~6.1wt%Zn，其余为Al；步骤（5）所述复合材料熔体降到630~625℃，保温5~30分钟后直接水淬或经压铸、挤压成形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110267984 CN102319890B (zh) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110267984 CN102319890B (zh) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102319890A true CN102319890A (zh) | 2012-01-18 |
| CN102319890B CN102319890B (zh) | 2013-11-06 |
Family
ID=45447793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110267984 Expired - Fee Related CN102319890B (zh) | 2011-09-12 | 2011-09-12 | 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102319890B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103290244A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-09-11 | 重庆理工大学 | 一种制备变形铝合金球形晶的简易方法 |
| CN104183188A (zh) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种金属半固态浆料充型过程可视化模拟装置及方法 |
| WO2019057057A1 (en) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | University Of Science And Technology Beijing | PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM ALLOYS 2024 AND 7075 BY RECYCLING ALUMINUM ALLOYS OF USED AIRCRAFT |
| CN110004327A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-07-12 | 上海交通大学 | 含陶瓷颗粒的铝锌镁铜合金及其制备方法和应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101956150A (zh) * | 2010-09-22 | 2011-01-26 | 南昌大学 | 一种高强度铝合金半固态浆料的制备方法 |
-
2011
- 2011-09-12 CN CN 201110267984 patent/CN102319890B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101956150A (zh) * | 2010-09-22 | 2011-01-26 | 南昌大学 | 一种高强度铝合金半固态浆料的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张磊等: "TiB2颗粒对半固态铝基复合材料晶粒长大行为的影响", 《铸造技术》 * |
| 路贵民等: "7075铝合金液相线铸造过程中的形核", 《东北大学学报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104183188A (zh) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种金属半固态浆料充型过程可视化模拟装置及方法 |
| CN103290244A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-09-11 | 重庆理工大学 | 一种制备变形铝合金球形晶的简易方法 |
| CN103290244B (zh) * | 2013-07-08 | 2016-03-09 | 重庆理工大学 | 一种制备变形铝合金球形晶的简易方法 |
| WO2019057057A1 (en) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | University Of Science And Technology Beijing | PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM ALLOYS 2024 AND 7075 BY RECYCLING ALUMINUM ALLOYS OF USED AIRCRAFT |
| US11685966B2 (en) | 2017-09-20 | 2023-06-27 | The Boeing Company | Methods for producing 2024 and 7075 aluminum alloys by recycling waste aircraft aluminum alloys |
| CN110004327A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-07-12 | 上海交通大学 | 含陶瓷颗粒的铝锌镁铜合金及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102319890B (zh) | 2013-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100566890C (zh) | 一种半固态合金浆料的制备和流变成型的设备 | |
| CN103820661B (zh) | 稀土镁合金的半固态浆料制备方法 | |
| CN101130203A (zh) | 半固态金属浆料的制备和流变成型方法 | |
| CN101514409A (zh) | 原位Mg2Si颗粒增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN103170603A (zh) | 一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法 | |
| CN103170588B (zh) | 一种温型铸造方法 | |
| CN108315621A (zh) | 一种阻燃镁合金半固态流变压铸成形方法 | |
| CN102319890B (zh) | 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 | |
| CN100532596C (zh) | 半固态合金浆料的制备和流变成型方法 | |
| CN100554455C (zh) | 半固态合金浆料的制备和成型方法 | |
| CN102358922B (zh) | 一种轻合金半固态浆料制备装置 | |
| CN103290244B (zh) | 一种制备变形铝合金球形晶的简易方法 | |
| CN104550888B (zh) | 一种可连续生产金属半固态浆体的方法 | |
| CN102294442B (zh) | 一种制备细晶粒变形铝合金半固态浆料的方法 | |
| CN101130207A (zh) | 一种半固态金属浆料的制备和流变成型的设备 | |
| CN101892406B (zh) | 一种具有均匀细小等轴晶粒的铝基复合材料制备方法 | |
| CN105268940A (zh) | 一种汽车零件半固态流变成型工艺 | |
| CN104004936A (zh) | 一种锆细化复合低温浇注制备稀土镁合金半固态浆料的方法 | |
| CN100574939C (zh) | 一种半固态合金浆料的制备与成型装置 | |
| CN104195397B (zh) | 一种高强耐热变形镁合金及其制造方法 | |
| CN202779647U (zh) | 一种半固态的有色金属连铸装置 | |
| CN202322960U (zh) | 一种轻合金半固态浆料制备装置 | |
| CN104841896A (zh) | 一种生产金属半固态浆体的方法 | |
| CN102242300A (zh) | 一种高强韧耐蚀镁合金及其制备方法 | |
| CN102286710B (zh) | 铸轧双控法制备合金半固态成型板坯的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131106 Termination date: 20210912 |