CN103695686A - 用于铝及铝合金的组合细化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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李惠
焦雷
谢天福
张忠忠
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Abstract

本发明涉及一种细化剂，特别涉及用于铝及铝合金的组合细化剂及其制备方法和使用方法。本发明的细化剂由Al-Ti-B、Al-Ti-C和Al-Y稀土合金制成，按比例称取Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金和Al-Y稀土合金细丝；将三种合金细丝扭转成麻花状，高频炉熔融，保温，浇铸挤压制得细化剂丝。该细化剂的制备工艺简单，与传统的Al-Ti-B和Al-Ti-C细化剂相比，其晶核在铝及铝合金冶炼过程中稳定、不长大、不容易发生团聚，并且有着很强的抗时间衰减能力，对含有Zr、Cr、Mn的铝合金具有“免疫”功能，因而可以代替之前所用的细化剂，得到力学性能更加优异的铝及铝合金材料。

Description

用于铝及铝合金的组合细化剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及一种细化剂，特别涉及用于铝及铝合金的组合细化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
Al-Ti-B和Al-Ti-C细化剂是优良的铝合金用晶粒细化剂，围绕二者的细化体系的研究也有一定的进展，根据申请人检索：公开号为CN103276253A的专利，公开了一种低成本Al-Ti-B细化剂及其制备方法；公开号为CN103233146A的专利，公开了一种高效清洁型Al-Ti-B细化剂及其制备方法；公开(公告)号为CN102886511A的专利公开了一种制备Al-Ti-C晶粒细化剂的方法；公开号为CN102784905A的专利，公开了一种Al-Ti-C-Er细化剂及制备方法等；以上专利中，关于Al-Ti-B系的细化剂主要机理是：通过主要成分TiB2颗粒的晶界钉扎作用，遏制晶粒的长大，实现细化晶粒，并且效果显著，可使铝及铝合金的性能得到较大的提高，是目前工业上常用的晶粒细化剂之一；但是由于TiB2颗粒在细化过程中易产生聚集、沉淀现象难以避免，对产品的力学性能稳定性产生不良的影响；并且当铝合金中含有Cr、Mn、Zr等离子时，AI-Ti-B细化剂表现出极弱或完全失去晶粒细化能力，也就是通常所说的晶粒细化剂的中毒现象。
同样，关于Al-Ti-C系的细化剂，其加入到铝熔体中的TiC粒子不像TiB2那样容易聚集，且尺寸较小，有助于保证产品力学性能的稳定性，对含有Cr、Mn、Zr的铝合金不易产生“毒化”，一度被认为是Al-Ti-B细化剂的理想替代者。但是TiC粒子不稳定，细化过程中的长期保温处理会使TiC与Al发生反应生成A14C3，导致细化作用衰退，从而产生“自身中毒”而细化失效现象。
因此，本发明专利制备出一种新型高效细化剂，同时具备A1-Ti-B和Al-Ti-C细化剂的优点并且弥补他们的不足；我们提出将两种细化剂通过稀土钇元素偶合的方法，并通过超大量的实验研究分析得出，当A1-Ti-B和Al-Ti-C按照一定比例混合时，该细化剂中同时含有大量的TiA13、TiB2、TiC的弥散质点团，不会产生有害的沉淀聚集倾向，并且当被细化铝合金中含有Cr、Mn、Zr等元素时，这种细化剂仍具有细化作用，不会遭到毒化作用；同时，该细化剂还具良好的抗时间衰退性能，在炉内保温10小时仍能满足晶粒细化的要求。
发明内容
本发明的目的在于研制一种对铝及铝合金具有高效细化性能的细化剂，同时该细化剂还有很强的抗时间衰减能力，且对含有Zr、Cr、Mn元素的铝合金有良好的细化作用，无自身毒化现象。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的纯铝及铝合金用细化剂由Al-Ti-B、Al-Ti-C和Al-Y稀土合金制成，其中Al-Ti-B、Al-Ti-C和Al-Y质量比为1∶(1.8～2.2)：0.5，其中Al-Ti-B采用Al-5%Ti-1%B，Al-Ti-C采用Al-3%Ti-0.15%C或Al-3%Ti-0.25%C，Al-Y稀土合金为Al-20%Y，其制作步骤如下：
1.按比例称取Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金和Al-Y稀土合金细丝；
2.将三种合金细丝扭转成麻花状，高频炉熔融，保温一段时间，浇铸挤压制得细化剂丝。
将制得细化剂丝，按照待细化铝熔体质量的0.1%～0.5%的加入则使用效果最佳。所述步骤（1）中，Al-Ti-B合金选用Al-5%Ti-1%B合金细丝，直径1-5mm；
Al-Ti-C合金选用Al-3%Ti-0.15C细丝，直径2-4mm；或者选用Al-3%Ti-0.25C细丝，直径3-5mm；铝钇Al-Y稀土合金为Al-20%Y细丝，直径0.5-2mm。
所述步骤（1）中，Al-Ti-B、Al-Ti-C和Al-Y合金质量比为1∶(1.8～2.2)：0.5。
所述步骤（2）中，熔融温度为680℃，保温时间5-10min。
所述步骤（2）中，浇铸温度为700-800℃.
该细化剂的制备工艺简单，与之前的Al-Ti-B和Al-Ti-C细化剂相比其晶核在铝及铝合金冶炼过程中稳定、不长大、不容易发生团聚，细化效果明显，纯铝基体晶粒细化效果可达80μm左右；并且该细化剂有着很强的抗时间衰减能力，对含有Zr、Cr、Mn元素的铝合金具有“免疫”功能，是一种用于纯铝及铝合金高效的组合细化剂。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施例一：细化99%的纯铝66kg；
1，称取直径2mm的Al(5)Ti(1)B合金丝100g，
2，称取直径3mmAl(3)Ti（0.15)C合金细丝180g,
3，称取50g直径0.5mm铝钇稀土合金Al(20)Y；
4，将三种合金细丝扭转成麻花状，680℃高频炉熔融，浇铸挤压制得细化剂丝330g；
5，将制得细化剂丝按照细化铝熔体质量的0.5%称取使用，如本例66kg纯铝用量为330g细化剂，其余同常规工艺；
6，随着保温的时间与浇铸温度不同，细化剂效果也存在差异；具体参数及效果见表一。
具体实施例二：细化3A21铝锰合金148kg
1，称取直径4mm的Al(5)Ti(1)B合金丝40g，
2，称取直径3mmAl(3)Ti（0.25)C合金细丝88g,
3，称取20g直径2mm铝钇稀土合金Al(20)Y；
4，将三种合金细丝扭转成麻花状，680℃高频炉熔融，浇铸挤压制得细化剂丝148g；
5，将制得细化剂丝按照细化铝熔体质量比0.1%称取使用，如本例148kg3A21铝锰合金用量为148g细化剂，，其余同常规工艺；
6，随着保温的时间与浇铸温度不同，细化剂效果也存在差异；具体参数及效果见表一。
表一 具体实施例的细化后铝合金的晶粒尺寸表
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.用于铝及铝合金的组合细化剂，其特征在于：细化剂组分由质量比为1∶(1.8～2.2)：0.5的Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金和Al-Y稀土合金组成。
2.如权利要求1所述的用于铝及铝合金的组合细化剂，其特征在于：Al-Ti-B合金选用直径为1-5mm的Al-5%Ti-1%B合金细丝；Al-Ti-C合金选用直径为2-4mm的Al-3%Ti-0.15C合金细丝或者直径为3-5mm的Al-3%Ti-0.25C合金细丝；Al-Y稀土合金是直径为0.5-2mm的Al-20%Y合金细丝。
3.如权利要求1所述的用于铝及铝合金的组合细化剂的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：
（1）按比例称取Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金和Al-Y稀土合金细丝；
（2）将三种合金细丝扭转成麻花状，高频炉熔融，保温，浇铸挤压制得细化剂丝。
4.如权利要求3所述的用于铝及铝合金的组合细化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，熔融温度为680℃，保温时间5-10min，浇铸温度为700-800℃。
5.如权利要求1所述的用于铝及铝合金的组合细化剂的使用方法，其特征在于：按照待细化的铝或铝合金熔体质量的0.1%～0.5%的加入所述组合细化剂。
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