CN102560200A - 一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属金属材料领域,涉及一种用于细化铝以及铝合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。本发明铝-钛-铁-碳-硼中间合金,包含铝、钛、铁、碳、硼五种元素,各组分的质量百分比分别为:铝85.00%-95.00%,钛1.00%-10.00%,铁0.10%-6.50%,碳0.01%-1.00%,硼0.01%-1.00%。铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法是:首先将纯铝置于中频炉中熔化并升温至850-1300℃,加入一定质量百分比的纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨,保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。该制备工艺简单,环境友好,成本低,适合工业化生产;所制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。

Description

一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属金属材料领域,特别涉及一种用于细化铝以及铝合金晶粒的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。
背景技术
随着铝及其合金应用日益广泛,人们对其组织与性能改善的要求也越来越高。对铝合金组织进行细化处理可以显著改进其力学性能。目前,工业生产中主要是通过添加生核剂的方法细化晶粒。常用的生核剂有铝-钛-硼、铝-钛-碳中间合金等。其中,铝-钛-硼中间合金在铝加工业中一直占据主导地位,但是由于该中间合金中的TiB2粒子会在熔体中聚集,会引起某些产品的质量问题;同时,在含Zr、Cr、Mn等元素的铝合金中,会出现“中毒”现象,使得合金失去细化效果。随后,人们发现铝-钛-碳中间合金中TiC粒子不存在明显的聚集倾向,从而可以克服铝-钛-硼中间合金的缺点。但是,铝-钛-碳中间合金中的形核粒子TiC在铝熔体中是不稳定的,容易与铝反应生成Al4C3,从而导致细化效果表现出明显的衰退,这制约了其在工业生产中的应用。
文献200810139856.1的中国专利报道一种铝-钛-碳-硼-氮中间合金及其制备方法,该中间合金中的TiC粒子由于掺杂了硼原子而结构稳定性得到提高。该专利提出采用铝-硼和铝-碳中间合金等作为生产原料,不仅成本高,而且其中夹杂物含量高,从而影响了最终产品的洁净度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种能够有效细化铝及其合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金,并提供一种工艺简单、环境友好、成本低、适合工业化生产的制备方法。
本发明是通过以下方式实现的:
一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金,含有铝、钛、碳、硼元素,其特征是它还含有铁元素,各组分的质量百分比分别为:铝85.00%-95.00%,钛1.00%-10.00%,铁0.10%-6.50%,碳0.01%-1.00%,硼0.01%-1.00%;该中间合金中弥散分布着微米和亚微米级的TiB2以及TiC粒子,粒子数量多,硼和碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的,这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性,它们可以分别掺杂到TiC以及TiB2空位中,形成TiCyBx和TiB2-xCy粒子,促进这些粒子的结构稳定性和形核活性。另外,铁在铝熔体中改善TiC粒子的生长环境,使其形貌和晶体取向发生改变,从而促进其异质形核作用。
上述铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)按以下质量百分比准备好所需原料:1.00%-10.00%纯钛、0.20%-10.00%铁-硼-碳中间合金、0.01%~1.00%石墨,余为纯铝;所用铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15.00%-40.00%,碳的质量百分含量为2.50%-10.00%。
(2)将称好的纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300℃,分别加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨,在此温度下保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。
用该方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中各组分的质量百分比分别为:铝85.00%-95.00%,钛1.00%-10.00%,铁0.10%-6.50%,碳0.01%-1.00%,硼0.01%-1.00%。
利用本发明方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中,基体上弥散分布着大量的TiC、TiCyBx、TiB2以及TiB2-xCy粒子,其尺寸在0.1-2.0μm之间,并形成一种有机组合体。这主要是因为硼以及部分碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的,这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性,可以分别掺杂到已形成TiC以及TiB2粒子晶体空位中,并且掺杂较为充分,形成了TiCyBx和TiB2-xCy粒子,这些粒子的活性较高,是一种优良的异质形核衬底。另外,铝熔体中的铁会改善TiC粒子的生长环境,改善了TiC粒子的形貌和晶体取向。细化实验表明,该铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有良好的晶粒细化效果。本发明以纯铝、纯钛、石墨和铁-硼-碳中间合金为原料在铝熔体中反应得到铝-钛-铁-碳-硼中间合金,这种制备方法具有工艺简便、原料成本低、生产效率高和环境友好等优点,适合大规模生产。
具体实施方式
下面给出本发明的四个最佳实施例。
实施例1
(1)按以下质量百分比准备好所需原料:96.50%的纯铝、3.00%的纯钛、0.35%的铁-硼-碳中间合金、0.15%的石墨。其中,铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为30.00%,碳的质量百分含量为5.00%。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1000℃左右,加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨,在此温度下保温并搅拌10分钟后浇注成锭或制成线材。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金,其化学成分的质量百分比为:钛2.95-3.05%,铁0.25-0.35%,碳0.13-0.17%,硼0.09-0.11%,余量为铝。
实施例2
(1)按以下质量百分比准备好所需原料:93.25%的纯铝、5.00%的纯钛、1.50%的铁-硼-碳中间合金、0.25%的石墨。其中,铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为20.00%,碳的质量百分含量为6.00%。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1150℃,加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨,在此温度下保温并搅拌20分钟后浇注成锭或制成线材。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金,其化学成分的质量百分比为:钛4.95-5.05%,铁1.05-1.25%,碳0.28-0.32%,硼0.28-0.32%,余量为铝。
实施例3
(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料:90.10%的纯铝、7.50%的纯钛、2.40%的铁-硼-碳中间合金;其中铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为25.00%,碳的质量百分含量为10.00%。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1250℃,加入纯钛和铁-硼-碳中间合金,在此温度下保温并搅拌15分钟后浇注成锭。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金,其化学成分的质量百分比为:钛7.40-7.60%,铁1.55-1.65%,碳0.22-0.26%,硼0.58-0.62%,余量为铝。

Claims (2)

1.一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金,包含铝、钛、碳、硼元素,其特征是它还含有铁元素,各组分的质量百分比分别为:铝85.00%-95.00%,钛1.00%-10.00%,铁0.10%-6.50%,碳0.01%-1.00%,硼0.01%-1.00%。
2.根据权利要求书1所述铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)按以下质量百分比准备好所需原料:1.00%-10.00%纯钛、0.20%-10.00%铁-硼-碳中间合金、0.01%-1.00%石墨,余为纯铝;其中,铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15.00%-40.00%,碳的质量百分含量为2.50%-10.00%。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300℃,加入一定质量百分比的纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨,保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。
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