CN103060648B

CN103060648B - 一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103060648B
Application number: CN201110324756.8A
Authority: CN
Inventors: 车云; 门三泉; 张中可
Original assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Current assignee: Guizhou Huake Aluminium Material Engineering Technology Research Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: CN103060648A

Abstract

本发明公开了一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Cu:3.0～7.0%，Mn:≤0.8%，Mg:≤1.2%，Ni:≤2.3%，Zn:≤0.2%，Ti:≤0.2%，Zr:≤0.25%，钛硼复合变质剂为总量的1ppm～0.1%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.15%，本发明的铝合金较一般铝合金具有更细小的晶粒结构和更高的纯净度。

Description

一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料及其制备方法，具体涉及一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法。

背景技术

变质作用能够极大地提高铝合金的综合机械性能和化学稳定性指标，有时甚至是颠覆性的，能够产生变质作用的物质称为变质剂。

铸铝合金中加入微量的Ti、Zr、B后，在合金中科形成细小的不溶的金属间的化合物，其质点与Al有近相同的点阵类型和相近的点阵常数，或具有共格对应晶面，均可作为Al固溶体的结晶核心而起到细化晶粒的作用。

目前，使用Ti和B变质的方法有以下几种：

一、钛硼熔剂细化法

由于钛硼熔剂中同时含有Ti和B两种细化晶粒作用很强的元素，它们在铝合金液中形成TiAl₃和TiB₂，未熔化的TiAl₃和不熔化的TiB₂(其相对密度4.4，熔点为2900℃)都残留在铝合金液中，成为铝合金的初晶α枝晶组织的有效异质结晶种。这种熔剂细化晶粒的优点是：①因为有Ti、B两个细化晶粒的元素和Ti含量为Al-Ti中间和金的8倍，故细化晶粒的效果非常好，比Al-Ti中间合金的效果大很多；②处理成本比用Al-Ti中间合金低很多；③熔剂成块状，省去了熔化配制中间合金的许多费用，烧损也少；④储存省面积，很简便，且块重标准化，用前无需称重；⑤熔剂块自沉降、自扩散、利用率高、简化了操作，改善了劳动条件和减轻了劳动强度；⑥适用范围广，既适用铸造铝合金，又适用变形铝合金；既适用纯铝，又适用铝合金。其缺点是：TiB₂和TiAl₃一样，密度也比铝合金大，如保温时间过长，也会自沉降，凝聚成夹杂物。

二、铝钛硼丝细化法

采用铝钛硼丝细化法，必须使用钛硼丝细化剂，其制造工艺复杂，生产成本贵，例如：中国发明专利CN201010541740“一种高洁净度铝钛硼合金细化的制造方法”，包括以下步骤：(1)将铝锭熔化加入氟钛酸钾和氟硼酸钾合金化；(2)倾倒出浮于铝液表面的反应副产物，并用氧化铝粉中和；(3)提升铝液温度，撒上氧化铝粉层；(4)用管通氩气或氮气，使铝液中包裹的残渣液浮出，并被中和；(5)利用小气泡旋转除气精炼技术处理后测量其含氢量；(6)在800℃以上的热状态下，撒上特殊高温防氧化覆盖剂层；(7)将提升铝液温度，将铝液导入装有氧化铝陶瓷过滤器的过滤箱体，对合金铝液进行在线过滤处理；(8)最后降低铝液温度，撇除浮渣，浇铸成型生产成铝钛硼丝。

目前，对铝合金的需求量越来越大，质量要求越来越高，研发一种工艺简单，变质效率高的钛硼变质剂及其高性能铝合金材料具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：钛硼变质剂及其变质的铝合金工艺存在的问题，本发明通过一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料及其制备方法，具有工艺简单，变质的铝合金的晶粒更细，具有良好的性能。

本发明采用的技术方案：本发明的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Cu：3.0～7.0％，Mn：≤0.8％，Mg：≤1.2％，Ni：≤2.3％，Zn：≤0.2％，Ti：≤0.2％，Zr：≤0.25％，钛硼复合变质剂为总量的1ppm～0.1％，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05％，合计≤0.15％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，上述合金的组成，Si、Fe元素含量满足：Si：≤0.6％，Fe：≤0.6％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，钛硼复合变质为H₃[TiCl₆]和BN的混合物，其中BN质量分数为1％～50％。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，钛硼复合变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为10～100目。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在上述元素比例范围内，选定一组元素和钛硼复合变质剂比例，再根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种单质金属的质量，编制合金生产配料表，并按配料表选足备料；

步骤二：往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

步骤四：然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体对熔体进行除气作业，同时使钛硼复合变质剂以流态化方式随保护性气体加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕；

步骤六：静置、调温至700～800℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

本发明所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料的制备方法，在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。

本发明达到的有益效果：

①细化效果好，细化剂实际利用率高，使用量大大节省。因为在钛硼复合变质剂随保护性气体进入铝熔体中，分解出的原子态的Ti和B的微粒，可以均匀弥散在铝熔体中，与铝迅速形成TiAl₃和TiB₂，作为Al固溶体的结晶核心而起到细化晶粒的作用。

②由于细化剂均匀地进入所有待细化的铝合金液，故细化后的组织均匀，无粗细晶粒交错的混晶区，从而大大提高了合金的强度和延伸率，减少了裂纹等废品；分解出的元素Cl和N还可以消除铝熔体中的氢，降低气孔和真空的产生。

③由于分解出的Ti和B均匀分散在融熔体中，避免了上述TiAl₃和TiB₂的沉降，凝集所引起的夹杂和熔炉的结瘤，减少了清炉和洗炉的工作量。

具体实施方式：

步骤一：按下表选定每元素和物质配方，并按配制的合金总量1000kg，推算出所需的每种物质的重量。

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～800℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤五：精炼除渣后，以保护性气体氩气对熔体进行除气作业，同时使钛硼复合变质剂(20目)以流态化方式随保护性气体氩气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕。

注：除步骤一中使用的物质、各物质的比例及实际配入的重量不同外，各实施例的其余步骤均完全一样。

Claims

1.一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Cu:3.0～7.0%，Mn:≤0.8%，Mg:≤1.2%， Ni:≤2.3%，Zn:≤0.2%，Ti:≤0.2%，Zr:≤0.25%，钛硼复合变质剂为总量的1ppm～0.1%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.15%；钛硼复合变质为H₃[TiCl₆]和BN的混合物，其中BN质量分数为1%~50%；

其制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，其特征在于：上述合金的组成，Si、Fe元素含量满足：Si：≤0.6%，Fe：≤0.6%。

3.根据权利要求1所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，其特征在于：钛硼复合变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为10～100目。

4.根据权利要求1所述的一种钛硼复合变质的高性能铝合金材料，其特征在于：在步骤五中，保护性气体是指氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。