CN103290244A

CN103290244A - 一种制备变形铝合金球形晶的简易方法

Info

Publication number: CN103290244A
Application number: CN2013102841651A
Authority: CN
Inventors: 甘贵生; 杨滨; 甘树德; 杜长华
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103290244B

Abstract

本发明公开了制备变形铝合金球形晶的简易方法，根据铝合金体系的配比，配制混合盐：按原子计量比B：Ti=2.05~2.4配比KBF4和K2TiF6混合盐，将铝合金熔化，并加热至750~900℃保温15-25分钟使其均匀化；加入一定量的KBF4和K2TiF6混合盐，使生成TiB2质量占合金总质量3.7%~5.7%，形成复合材料熔体；扒除表面的残渣，进行铝合金精炼除气；降到液相线以上10℃~55℃，直接将复合材料熔体注入挤压模具内，挤压成形，制得铝合金制品；挤压模具的温度在200~300℃之间。本发明的简易方法，合金的熔炼和陶瓷颗粒的生成同时进行；操作简单、成本低，熔炼结束后，只需要降温后，进行简单的挤压成型动作；不需要添加浆料制备装置就能生产、不存在浆料堵塞通道、不需要清理工作；获得的晶粒尺寸较小。

Description

一种制备变形铝合金球形晶的简易方法

技术领域

本发明涉及一种高强度变形铝合金的制备方法，尤其是一种制备变形铝合金球形晶的简易方法。

背景技术

　由于高强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等问题。获得高性能的球形晶铝合金组织一直材料工作者的追求，半固态加工技术的产生为此提供了可能。半固态技术分为流变成形和触变成形，其核心是制备半固态浆料。传统的浆料制备多采用机械搅拌、电磁搅拌等。但存在以下问题：①设备笨重，操作复杂，生产效率低，能耗高。②剧烈搅拌造成浆料氧化严重，降低半固态浆料或坯料的内部质量。③浆料搅拌后，流至型腔过程中，容易堵塞搅拌容器出口和浇注型腔口，造成浇注不畅、充型不满等问题。为了克服以上诸多缺点，国内外研究者先后发明了波浪型倾斜板振动（专利申请号200710011510.9）、低转速输送管（专利申请号200710053643.2）、石墨质的垂直蛇形浇道法（专利申请号200710062977.6）等技术，实现了半固态浆料制备和浇注一体化的过程，但同样存在浇注通道需要加热保温（能耗高），浇注过程中容易堵塞通道（通道需要经常清理），充型不满等问题。在名称为“一种制备细晶粒变形铝合金半固态浆料的方法”、专利申请号为201110268594.0的发明专利公开的技术方案中，在低温浇注时，将熔体通过具有弯道的石墨保温管道后水淬或压铸、挤压成形。该方法具有流程短、成本相对低等优点，而且获得经过管道制备的半固态浆料最小晶粒尺寸为23mm、远低于其他方法制备的同类型材料的晶粒尺寸。但，该现有技术中的该类处理方法，其工艺本身就很复杂，而且工艺方法中要使用大型设备进行搅拌等，而且对控制精度的要求比较高、石墨管道需要加热保温等，才能实现细化晶粒的作用，还有该工艺方法还涉及成本高的问题等，都难以满足实际需要。再有，浆料容易堵塞石墨管道，堵塞后进行清理的工作量较大，生产效率较低。

发明内容

本发明的目的，针对现有的变形铝合金处理方法存在的上述不足，本发明提出一种制备变形铝合金球形晶的简易方法，解决现有工艺中要使用大型设备、工艺复杂、控制精度高、成本高的问题。

本发明的技术方案：一种制备变形铝合金球形晶的简易方法，其特征在于包括如下步骤：

1）依照工艺要求，根据铝合金体系的配比，配制混合盐：按原子计量比B：Ti = 2.05~2.4配比KBF4和K2TiF6混合盐，KBF4和K2TiF6的纯度高于97重量%；混匀并经150~350℃烘干；

2）熔炼铝合金：将选定的铝合金熔化，并加热至750~900℃保温15-25分钟使其均匀化；

3）熔铸-原位合成TiB2颗粒：在步骤2保温后，加入一定量的KBF4和K2TiF6混合盐，形成复合材料熔体；加入混合盐的质量，使生成TiB2质量占合金总质量3.7%~5.7%；用搅拌器搅拌并保温一段时间；

4）扒渣、精炼和除气：将步骤3所述复合材料熔体降温至700—735℃，扒除表面的残渣，进行铝合金精炼除气；

5）低温浇注：将步骤4所述复合材料熔体降到液相线以上10℃~55℃，直接将复合材料熔体注入挤压模具内，挤压成形，制得铝合金制品；挤压模具的温度在200~300℃之间。

进一步的特征是：所述的铝合金体系为7075变形铝合金，固相线温度为477℃, 液相线温度为635℃；化学成分为： 0.40重量%Si，0.50重量%Fe，1.2~2.0重量%Cu，0.30重量%Mn，2.1~2.9重量%Mg， 0.20重量%Ti，0.18~0.28重量%Cr，5.1~6.1重量%Zn，其余为Al。

本发明的制备变形铝合金球形晶的简易方法，具有如下特点：

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，也实现了浆料制备和充型过程的同步化过程。

2、操作简单：熔炼结束后，只需要降到指定温度，进行简单的挤压成型动作。

3、成本低：只需要延用原来熔铸、挤压设备，不需要添加任何其它特定的浆料制备装置就能生产；而且不存在浆料堵塞通道，基本不需要清理工作，也不存在浆料氧化和污染的问题。添加颗粒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、晶粒尺寸较小。半固态浆料最小晶粒尺寸为26.07μm，远远小于其它方法或设备制备的同类材料的晶粒尺寸。

5、适用面广：不仅适用于难度较大的变形铝合金半固态材料的制备，还可用于铸造铝合金，镁合金和其它合金体系半固态材料的制备。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是本发明实施例1的金相组织图；

图2是本发明实施例2的金相组织图；

图3是本发明实施例3的金相组织图；

图4是本发明实施例4的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的一种制备变形铝合金球形晶的简易方法，包括如下步骤：

1、依照工艺要求，根据铝合金体系的配比，配制混合盐：按原子计量比B：Ti = 2.05~2.4配比KBF4和K2TiF6混合盐，KBF4和K2TiF6的纯度高于97重量%；混匀并经150~350℃烘干。

由硼与钛的原子计量比，推算得到KBF4和K2TiF6的混合质量比；B：Ti的具体数值，可以为2.05、2.08、2.10、2.12、2.15、2.18、2.20、2.21、2.25、2.28、2.30、2.35、2.38、2.40等，都能满足本发明的需要。

烘干温度，根据混合盐的湿度、气温等确定，一般可以选取150℃、160℃、180℃、200℃、220℃、250℃、260℃、280℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃等，都能满足本发明的需要。

2、熔炼铝合金：将选定的铝合金熔化，并加热至750~900℃保温15-25分钟使其均匀化。

铝合金熔化的温度，一般在650℃左右，根据不同的配比成分，其熔化温度有一定波动范围；在熔化后，在加热到750℃、760℃、780℃、800℃、850℃、860℃、880℃、900℃等，而且保温时间可以为15分钟、16分钟、18分钟、20分钟、22分钟、24分钟、25分钟，都能满足本发明的需要。

3、熔铸-原位合成TiB2颗粒：在步骤2保温后，铝合金熔体温度仍然为750~900℃时，加入上述一定量的KBF4和K2TiF6混合盐，形成复合材料熔体；加入混合盐的质量，用生成TiB2质量占合金总质量的百分比进行限定，以生成TiB2质量占合金总质量3.7%~5.7%为最优。用搅拌器搅拌并保温一段时间，如石墨或其他合适搅拌器，搅拌以充分混匀为准，一般大于15分钟，保温时间一般大于15分钟，或保温20分钟以上。

4、扒渣、精炼和除气：将步骤3所述复合材料熔体降温至700—735℃，扒除表面的残渣，进行铝合金精炼除气；采用常规的精炼、除气方法对铝合金精炼除气，如加入现有的精炼剂。具体的温度，可以为700℃、705℃、720℃、715℃、718℃、720℃、725℃、728℃、730℃、734℃、735℃等，都能满足本发明的需要。

5、低温浇注：将步骤4所述复合材料熔体降到液相线以上10℃~55℃，直接将复合材料熔体注入挤压模具内，挤压成形，制得铝合金制品；挤压模具需要预先加热，使其温度在200~300℃之间，能取得更好的效果。挤压模具的温度，可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃等，都能满足本发明的需要。

如上所述制备高强度变形铝合金半固态浆料的方法，其特征是选定的铝合金体系为7075变形铝合金（固相线温度为477℃, 液相线温度为635℃）。化学成分为： 0.40重量%Si，0.50重量%Fe，1.2~2.0重量%Cu，0.30重量%Mn，2.1~2.9重量%Mg， 0.20重量%Ti，0.18~0.28重量%Cr，5.1~6.1重量%Zn，其余为Al。

本发明，在TiB2质量占合金总质量3.7%~5.7%这个范围内3.7%~5.7%，只需要采用低过热度浇注10℃~55℃，就能获得球形晶，低温浇注后挤压成形，制得铝合金制品的晶粒就是需要的球形晶。

实施例1

将7075铝合金熔化并加热至750℃，保温15分钟。然后加入生成TiB₂质量占合金总质量3.7%的KBF₄和K₂TiF₆（B：Ti = 2.05）混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌15分钟后再保温20分钟。降温至710℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5重量%的C₂Cl₆精炼剂进行精炼和除气。将熔体降温到645℃，浇入到380℃的模具中进行挤压。经计算，平均晶粒尺寸为29.63μm，形状因子0.83。其金相组织如图1所示。

实施例2

将7075铝合金熔化并加热至800℃，保温18分钟。然加入生成TiB₂质量占合金总质量4.5%的KBF₄和K₂TiF₆（B：Ti = 2.1）混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌20分钟后再保温20分钟。降温至718℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5重量%的C₂Cl₆精炼剂进行精炼和除气。降温至660℃，浇入到250℃的模具中进行挤压。经计算，平均晶粒尺寸为27.53μm，形状因子0.85。其金相组织如图2所示。

实施例3

将7075铝合金熔化并加热至850℃，保温20分钟。然加入生成TiB₂质量占合金总质量5.2%的KBF₄和K₂TiF₆（B：Ti = 2.3）混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌25分钟后再保温25分钟。降温至725℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5重量%的C₂Cl₆精炼剂进行精炼和除气，将熔体降温到670℃，浇入到260℃的模具中进行挤压。经计算，平均晶粒尺寸为26.07μm，形状因子0.88。其金相组织如图3所示。

实施例4

将7075铝合金熔化并加热至900℃，保温25分钟。然后加入生成TiB₂质量占合金总质量5.7%的KBF₄和K₂TiF₆（B：Ti = 2.4）混合盐。用石墨搅拌器充分搅拌15分钟后再保温24分钟。降温至720℃时扒除表面残渣，加入占熔体0.5重量%的C₂Cl₆精炼剂进行精炼和除气。将熔体降温到690℃，浇入到200℃的模具中进行挤压。经计算，晶粒尺寸达到27.04μm，形状因子为0.91。其金相组织如图4所示。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行的修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种制备变形铝合金球形晶的简易方法，其特征在于包括如下步骤：

5）低温浇注：将步骤4所述复合材料熔体降到液相线以上15℃~55℃，直接将复合材料熔体注入挤压模具内，挤压成形，制得铝合金制品；挤压模具的温度在200~300℃之间。

2.根据权利要1所述制备变形铝合金球形晶的简易方法，其特征在于：所述的铝合金体系为7075变形铝合金，固相线温度为477℃, 液相线温度为635℃；化学成分为： 0.40重量%Si，0.50重量%Fe，1.2~2.0重量%Cu，0.30重量%Mn，2.1~2.9重量%Mg， 0.20重量%Ti，0.18~0.28重量%Cr，5.1~6.1重量%Zn，其余为Al。