CN104131201B - 一种Mg-Al基合金细化变质剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种Mg-Al基合金细化变质剂及其制备方法和应用。所述细化变质剂为快速凝固Al-Ti-B-Sr条带，按元素其质量百分组成为Ti:2～5%，B：1～2%，Sr：2～8%，其余为铝。本发明开发了一种镁合金用快速凝固Al-Ti-B-Sr双效细化变质剂，可使Mg-Al基合金晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，由连续的网状结构变为断续分布的带状结构，克服了Mg-Al基合金中β-Mg17Al12相粗大的缺点，解决了铸态Mg-Al基合金中塑性和强度较差的问题，改善其综合力学性能。

Description

一种Mg-Al基合金细化变质剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种Mg-Al基合金细化变质剂及其制备方法和应用。
背景技术
Mg-Al系镁合金是迄今为止应用最为广泛的镁合金，其中AZ91D和AM60B占汽车上镁合金应用量的90%。Mg-Al系合金的强化相为β-Mg17Al12相。但Mg-Al系合金存在如下缺点：在凝固过程中，粗大的β-Mg17Al12相以离异共晶的形式沿晶界析出，使得铸态合金的塑性和强度较差，β相以一种与基体非共格的不连续析出的片状形式存在，容易长得很粗大，所以合金的热处理强化效果不明显。因此，如何对Mg-Al系合金进行细化和变质处理从而改善其综合力学性能成为研究的重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种Mg-Al基合金细化变质剂及其制备方法和应用，以改善Mg-Al系合金的综合力学性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种Mg-Al基合金细化变质剂，所述细化变质剂为Al-Ti-B-Sr条带，按元素其质量百分组成为Ti:2～5%，B：1～2%，Sr：2～8%，其余为铝。
本发明还提供了一种优选的所述Mg-Al基合金细化变质剂的制备方法，步骤如下：
1）原料预处理：将K2TiF6和K2BF6在干燥箱中100℃预热20～40min，将纯锶在加入铝熔体前从保存介质中取出、清洗干净，用铝箔包紧放入干燥箱150℃下预热3～5min；
2）将工业纯铝放入中频感应炉中，加热至纯铝完全熔化；
3）升温至800～900℃，将预热好的K2TiF6和K2BF6均匀混合后加入铝熔体中；
4）升温至1000～1300℃，保温10～30min；
5）降温至900～1000℃，加入预处理过的纯锶并保温10～30min；
6）降温至700～900℃，用惰性气体精炼，扒渣后浇铸，得到Al-Ti-B-Sr合金棒；
7）将Al-Ti-B-Sr合金棒在单辊甩带机上进行快速凝固，加热温度为650～750℃，铜辊旋转速度10～30m/s，即得到Al-Ti-B-Sr条带。
优选的，以生产目标合金细化变质剂100质量份计，投入的K2TiF6质量份数为13.3～33.4份，K2BF6的质量份数为18.5～37.0份，纯锶4～16份，工业纯铝87.5～97.5份。
由于在熔炼过程中原料会有所损耗、吸收率达不到100%，所以氟钛酸钾、氟硼酸钾、纯锶及铝的原料加入的质量要大于最终制得的Al-Ti-B-Sr快凝条带的质量。
所述的Mg-Al基合金细化变质剂的应用，在Mg-Al基合金中加入的量为Mg-Al基合金质量的0.2～0.8%。
具体的，应用时包括如下步骤：
1）将Mg-Al基合金放入坩埚电阻炉中，650℃保温至合金完全熔化；
2）熔体升温至680～720℃；
3）将快速凝固Al-Ti-B-Sr条带加入至熔体中；
4）熔体经搅拌后用惰性气体精炼，保温5～30min；
5）扒渣后浇铸到预热好的金属型中。
步骤4）中所述惰性气体为高纯氩气。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明开发了一种镁合金用快速凝固Al-Ti-B-Sr双效细化变质剂，目前用于镁合金的细化剂还很少，快速凝固Al-Ti-B-Sr是用于Mg-Al基合金的一种双效细化变质剂。将快速凝固Al-Ti-B-Sr条带添加到Mg-Al基合金中，可使Mg-Al基合金晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，由连续的网状结构变为断续分布的带状结构，克服了Mg-Al基合金中β-Mg17Al12相粗大的缺点，解决了铸态Mg-Al基合金塑性和强度较差的问题，塑性和强度分别提高了10～15%和8～12%，改善其综合力学性能。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为实施例1制得的快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带的SEM照片；
图2为实施例1未细化处理之前的AZ91D镁合金金相照片；
图3为实施例1细化处理后AZ91D镁合金金相照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的内容做进一步阐述：
实施例1
以快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带细化1KgAZ91D镁合金为例。
快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带的制备（以1Kg为例）：
1）、将133gK2TiF6和185gK2BF6在干燥箱中100℃预热20min；
2）、将975g工业纯铝放入中频感应炉中，720℃保温至纯铝完全熔化；
3）、升温至800℃，将预热好的K2TiF6和K2BF6均匀混合后加入铝熔体中；
4）、升温至1000℃，保温10min；
5）、将40g纯锶放入铝熔体前的几分钟内从煤油中取出，然后用丙酮清洗干净，用铝箔包紧放入干燥箱150℃下预热3min；
6）、降温至900℃，加入预处理过的纯锶并保温10min；
7）、降温至700℃，用氩气精炼，扒渣后浇铸，得到Al-2Ti-B-2Sr合金棒；
8）、将制备出的Al-2Ti-B-2Sr合金棒在单辊甩带机上进行快速凝固处理，加热温度为650℃，铜辊旋转速度10m/s，即得到快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带；其SEM照片参见图1；图1中A、B、C点的EDS分析如下：
A点/wt Al：96.89%；Ti：3.11%
B点/wt Al：86.28%；Ti：5.23%；B：8.49%
C点/wt Al：81.24%；Sr：18.76%
AZ91D合金的细化过程：
1）、将1KgAZ91D合金放入坩埚电阻炉中，650℃保温至合金完全熔化；
2）、熔体升温至680℃；
3）、将2g快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带加入至熔体中；
4）、熔体经搅拌后用高纯氩气精炼，保温5min；
5）、扒渣后浇铸到预热好的金属型中。
添加0.2%的快速凝固Al-2Ti-B-2Sr条带后，AZ91D合金晶粒尺寸由250um减小到110um，晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，由连续的网状结构变为断续分布的带状结构。细化后塑性和强度分别提高了10%和8%。
实施例2
以快速凝固Al-5Ti-2B-8Sr条带细化1KgAM60B镁合金为例。
快速凝固Al-5Ti-2B-8Sr条带的制备（以1Kg为例）：
1）、将333gK2TiF6和375gK2BF6在干燥箱中100℃预热40min；
2）、将875g工业纯铝放入中频感应炉中，720℃保温至纯铝完全熔化；
3）、升温至900℃，将预热好的K2TiF6和K2BF6均匀混合后加入铝熔体中；
4）、升温至1300℃，保温30min；
5）、将160g纯锶放入铝熔体前的几分钟内从煤油中取出，然后用丙酮清洗干净，用铝箔包紧放入干燥箱150℃下预热5min；
6）、降温至1000℃，加入预处理过的纯锶并保温30min；
7）、降温至900℃，用氩气精炼，扒渣后浇铸，得到Al-5Ti-2B-8Sr合金棒；
8）、将制备出的Al-5Ti-2B-8Sr合金棒在单辊甩带机上进行快速凝固处理，加热温度为750℃，铜辊旋转速度30m/s，即得到快速凝固Al-5Ti-2B-8Sr条带。
AM60B合金的细化过程：
1）、将1KgAM60B合金放入坩埚电阻炉中，650℃保温至合金完全熔化；
2）、熔体升温至720℃；
3）、将8g快速凝固Al-5Ti-2B-8Sr条带加入至熔体中；
4）、熔体经搅拌后用惰性气体精炼，保温5min；
5）、扒渣后浇铸到预热好的金属型中。
添加0.8%的快速凝固Al-5Ti-2B-8Sr条带后，AM60B合金晶粒尺寸由260um减小到90um。晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，由连续的网状结构变为断续分布的带状结构。细化后塑性和强度分别提高了15%和12%。
实施例3
以快速凝固Al-3Ti-1.5B-5Sr条带细化1KgAM60B镁合金为例。
快速凝固Al-3Ti-1.5B-5Sr条带的制备（以1Kg为例）：
1）、将180gK2TiF6和281gK2BF6在干燥箱中100℃预热30min；
2）、将920g工业纯铝放入中频感应炉中，720℃保温至纯铝完全熔化；
3）、升温至850℃，将预热好的K2TiF6和K2BF6均匀混合后加入铝熔体中；
4）、升温至1200℃，保温20min；
5）、将100g纯锶放入铝熔体前的几分钟内从煤油中取出，然后用丙酮清洗干净，用铝箔包紧放入干燥箱150℃下预热5min；
6）、降温至950℃，加入预处理过的纯锶并保温20min；
7）、降温至800℃，用氩气精炼，扒渣后浇铸，得到Al-3Ti-1.5B-5Sr合金棒；
8）、将制备出的Al-3Ti-1.5B-5Sr合金棒在单辊甩带机上进行快速凝固处理，加热温度为700℃，铜辊旋转速度20m/s，即得到快速凝固Al-3Ti-1.5B-5Sr条带。
AM60B合金的细化过程：
1）、将1KgAM60B合金放入坩埚电阻炉中，650℃保温至合金完全熔化；
2）、熔体升温至700℃；
3）、将5g快速凝固Al-3Ti-1.5B-5Sr条带加入至熔体中；
4）、熔体经搅拌后用惰性气体精炼，保温15min；
5）、扒渣后浇铸到预热好的金属型中。
添加0.5%的快速凝固Al-3Ti-1.5B-5Sr条带后，AM60B合金晶粒尺寸由260um减小到100um。晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，由连续的网状结构变为断续分布的带状结构。细化后塑性和强度分别提高了13%和10%。

Claims (2)

1.一种Mg-Al基合金细化变质剂的制备方法，其特征在于，细化变质剂为Al-Ti-B-Sr条带，其质量百分组成为Ti：2～5%，B：1～2%，Sr：2～8%，余量为Al；制备Mg-Al基合金细化变质剂的步骤如下：
1）原料预处理：将K2TiF6和K2BF6在干燥箱中100℃预热20～40min；将纯锶在加入铝熔体前从保存介质中取出、清洗干净，用铝箔包紧放入干燥箱150℃下预热3～5min；
2）将工业纯铝放入中频感应炉中，加热至纯铝完全熔化；
3）升温至800～900℃，将预热好的K2TiF6和K2BF6均匀混合后加入铝熔体中；
4）升温至1000～1300℃，保温10～30min；
5）降温至900～1000℃，加入预处理过的纯锶并保温10～30min；
6）降温至700～900℃，用惰性气体精炼，扒渣后浇铸，得到Al-Ti-B-Sr合金棒；
7）将Al-Ti-B-Sr合金棒在单辊甩带机上进行快速凝固，加热温度为650～750℃，铜辊旋转速度10～30m/s，即得到快速凝固Al-Ti-B-Sr条带。
2.如权利要求1所述的一种Mg-Al基合金细化变质剂的制备方法，其特征在于，以生产目标合金细化变质剂100质量份计，投入的K2TiF6质量份数为13.3～33.4份，K2BF6的质量份数为18.5～37.0份，纯锶4～16份，工业纯铝87.5～97.5份。
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