CN103667759B - Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂及其制备方法 - Google Patents

Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂及其制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂及其制备方法，属于金属合金制备技术领域。其包括Ti、Bi和Cr元素，其中Ti1-5份，Bi1-5份，Cr1-5份，其总质量占Al-Mg-Si系合金总质量百分比的0.1%-0.5%。本发明提供的Al-Mg-Si系合金晶粒细化剂制备简单方便，可以使得基体α-Al晶粒明显变小，为异质形核提供条件；其各元素的加入均选用化学纯粉末，而不是中间合金，这可以有效避免遗传作用导致的细化剂不能充分、有效的发挥作用而毒化基体。

Description

Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂及其制备方法，，属于金属合金制备技术领域
背景技术
在现代工业中，各种零部件外形越来越复杂，而这些复杂的部件基本上都是通过铸造来实现大规模生产的。因此提高铸造性能是相当重要的。细小的晶粒是铸态所希望得到的组织。现阶段组织细化方法有许多，如采用添加合金元素、施加外场能量击碎大枝晶、提高过冷度以增加形核率等方法。其中后两者细化方法成本高，方法复杂，受生产条件制约严重。而添加合金元素是比较简单、方便、经济且有效的方法。一般来说，添加的合金元素对基体来说有一定“威胁”，若元素选择不当或添加含量不对，则很有可能毒化基体，虽然能细晶，但是该材料的部分物理性能、化学性能降低或在热处理、机械加工等处理下表现变差。目前常用的是由Ti、B、C、RE等组成的联合细化剂。而Al-Ti-B细化剂衰减明显，TiB2易沉淀而产生宏观偏析。稀土元素加入效果比较好，但是价格昂贵。
Ti、Bi、Cr三种元素对与铝合金来说，均为有益元素，可以对铝合金不同性能有显著提升。其中Cr元素熔点高，而TiAl3在溶解Si元素后形成(Al1-x，Six)3Ti，两者均可在熔体中成为异质形核的核心，提高形核率。Bi在铝中最大溶解度小于0.1%，生成Mg2Bi在凝固过程中被排斥到液相中，在固液界面前沿产生成分过冷。促进二次枝晶不断分化，相互抑制而缩短二次枝晶间距。
在一般生产中，合金元素的加入一般选用中间合金，而实际铝合金熔炼温度远远达不到中间合金的熔炼温度，因此由于遗传作用，导致常用的Al-Ti-B等细化剂起作用的TiAl3颗粒粗大，不能有效展现细化剂的作用。而直接加入粉末则可避免此问题，充分发挥每种元素的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种用于Al-Mg-Si系合金基体α-Al相的晶粒细化剂，提高了铸件性能。
按照本发明提供的技术方案，一种Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂，按重量份计：包括Ti、Bi和Cr元素，其中Ti1-5份，Bi1-5份，Cr1-5份，其总质量占Al-Mg-Si系合金总质量百分比的0.1%-0.5%。
所述Al-Mg-Si系合金中，各成分的质量按质量百分比计为：Si6.5%-7.5%，Mg0.25%-0.45%，Fe<0.2%，Mn<0.05%，Zn<0.05%，Cu<0.1%，余量为Al。
所述细化剂中Ti、Bi和Cr元素分别占Al-Mg-Si系合金体系的质量百分比为：Ti：0.1%-0.5%；Bi0.1%-0.5%；Cr0.1%-0.5%。
取Ti1-5份，Bi1-5份，Cr1-5份，充分混合后，研磨至200-400目，用铝箔紧密包裹后，在200-250℃下烘烤30min。
细化剂中三种元素的物理状态为化学纯的粉末状固体。三种元素的金属粉末混合后研磨。混合均匀后用铝箔紧密包裹后烘干。
本发明的有益效果：本发明提供的Al-Mg-Si系合金晶粒细化剂制备简单方便，可以使得基体α-Al晶粒明显变小，为异质形核提供条件；其各元素的加入均选用化学纯粉末，而不是中间合金，这可以有效避免遗传作用导致的细化剂不能充分、有效的发挥作用而毒化基体。
附图说明
图1实例1的合金铸态金相显微组织图；
图2实例2的合金铸态金相显微组织图；
图3实例3的合金铸态金相显微组织图；
图4实例4的合金铸态金相显微组织图；
图5实例5的合金铸态金相显微组织图；
图6实例6的合金铸态金相显微组织图；
图7实例7的合金铸态金相显微组织图；
图8对比例1的合金铸态金相显微组织图。
具体实施方式
实施例1
细化剂的制备：取Ti，Bi，Cr，充分混合后，研磨至200目，用铝箔紧密包裹后，在250℃下烘烤30min。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的1#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图1。
实施例2
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的2#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图2。
实施例3
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的3#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图3。
实施例4
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的4#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图4。
实施例5
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的5#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图5。
实施例6
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的6#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图6。
实施例7
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的7#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图7。
对比例1
细化剂的制备同实施例1。
将Al-Mg-Si合金放入石墨粘土坩埚中，在电阻炉中熔炼，熔炼温度为760℃。称量细化剂成分表中的8#细化剂，将粉末混合研磨后，用铝箔包裹并烘干。待合金熔化后加入细化剂，用机械搅拌桨搅拌，并在760℃下保温20min。保温后用ZnCl2除气并精炼扒渣，然后浇入铜模，冷却后脱模。所得铝合金的铸态金相显微组织图见附图8。
表1各应用例中细化剂成分表（质量分数%）
细化剂编号 Ti Bi Cr Al
实例1 1# 0.1 0.1 0.1 余量
实例2 2# 0.5 0.1 0.1 余量
实例3 3# 0.1 0.5 0.1 余量
实例4 4# 0.1 0.1 0.5 余量
实例5 5# 0.1 0.5 0.5 余量
实例6 6# 0.5 0.5 0.1 余量
实例7 7# 0.5 0.1 0.5 余量3 -->
对比例1 8# 0 0 0 余量
通过对比发现添加细化剂可以有效细化晶粒，其中4#的铸态晶粒最小，分布均匀。因此在Al-Mg-Si系合金中添加Ti-Bi-Cr可以得到很好的晶粒细化效果。

Claims (2)

1.一种Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂，其特征是按重量份计，所述细化剂为：Ti、Bi和Cr元素，其中Ti1-5份，Bi1-5份，Cr1-5份，其总质量占Al-Mg-Si系合金总质量百分比的0.1%-0.5%；
所述Al-Mg-Si系合金中，各成分的质量按质量百分比计为：Si6.5%-7.5%，Mg0.25%-0.45%，Fe<0.2%，Mn<0.05%，Zn<0.05%，Cu<0.1%，余量为Al；
所述细化剂中Ti、Bi和Cr元素分别占Al-Mg-Si系合金体系的质量百分比为：Ti：0.1%-0.5%；Bi0.1%-0.5%；Cr0.1%-0.5%。
2.权利要求1所述Al-Mg-Si系合金α-Al晶粒细化剂的制备方法，其特征是：取Ti1-5份，Bi1-5份，Cr1-5份，充分混合后，研磨至200-400目，用铝箔紧密包裹后，在200-250℃下烘烤30min。
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