CN105568022A - 一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法，其成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE，其中，0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al；其中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两者以上的混合。制备工艺简单，能精确地控制成分。利用该复合细化变质剂对铝合金进行处理，细化效果及变质效果优异，且对形状复杂、薄厚不同的铸件各部位，即冷速不同各部位细化效果的冷速敏感性低，所得合金的机械性能显著提高，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异。

Description

一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金用的复合细化变质剂，更特别地说，是指一种铝合金用低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂。
背景技术
铝合金由于良好的力学性能和优良的铸造性能在工业中得到广泛应用。近年来，轻量化的要求对铝合金铸件的综合性能提出了越来越高的要求。然而，晶粒的粗大直接影响着铝合金铸件的综合性能，熔铸出细小均匀的等轴晶组织是获得优良性能的关键所在。最常用且有效的细化方法即向合金中添加晶粒细化剂。目前人们一般采用Al-Ti、Al-Ti-C或者Al-Ti-B中间合金作为铝合金的晶粒细化剂，其中Al-Ti-B细化剂已得到较广泛的应用，一般采用Al-Sr中间合金作为铝合金的变质剂，对共晶硅相进行变质。近来，由于RE具有优异的物理化学性能，人们也开始将RE作为合金的细化或者变质剂，研究其对铝合金性能的影响。
但是上述已有的细化变质剂对冷却速度敏感，在不同的冷速速度下具有不同的细化效果，这使得其在应用于铸造具有不同壁厚、形状复杂的零部件时，在薄壁(具有相对较高的冷却速度)及厚壁(具有相对较低的冷却速度)处细化效果有差异，不利于合金部件综合性能的提高。
随着工业的发展，目前铸造的零部件尺寸越来越来大，外形越来越复杂，因此为了提高铝合金的综合性能，迫切需要开发具有低冷速敏感性高形核能力的复合细化变质剂。
发明内容
本发明的目的之一是开发一种铝合金用低冷速敏感高形核能力的AlNbTiBRE复合细化变质剂；另一目的是提出一种采用感应熔炼工艺制备低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法；以解决目前传统细化剂在工业实际应用中细化变质效果对冷却速度敏感性大的瓶颈问题。
本发明开发了一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂，其特征在于：该AlNbTiBRE复合细化变质剂的成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE，，其中，其中，0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两种以上的混合。
本发明采用感应电炉熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法，所述感应电炉熔炼工艺包括有打结坩埚、装料、熔化、精炼和浇注步骤；区别步骤在于：
配制复合细化变质剂的目标成分：
在本发明中，复合细化变质剂的目标成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE；用量：0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。
Al元素是以Al块的形式配料；
Nb元素以Al-Nb中间合金块的形式配料；
B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配料；
RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。
块体的尺寸(长与宽)为1cm×1cm～5cm×5cm。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至200～500℃时，保温2～4h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在600～800℃条件下预烧结坩埚2～4h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后放入用铝箔包裹好的B粉末或者Al-B中间合金块，最后在上部放入RE块或者Al-RE中间合金块。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为5～10KW，加热时间为20～40min；第二阶段功率为15～25KW，加热时间为5～10min；第三阶段功率为25～40KW，加热时间为5～10min；然后在功率为20～30KW的条件下精炼10～30min；断电，静置10～30min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率10～15KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-xNb-yTi-zB-kRE。
本发明的优点：
①本发明制备的复合细化变质剂具有较高的形核能力，采用其对铝合金进行细化变质处理，细化效果比目前传统应用的细化剂更优异，且能有效提高共晶相的变质效果。
②本发明制备的复合细化变质剂对冷却速度敏感性低，采用其应用于铸造具有不同壁厚、形状复杂的零部件时，在薄壁即具有相对较高的冷却速度及厚壁即具有相对较低的冷却速度处细化效果变化程度小。
③采用本发明制备的复合细化变质剂对铝合金进行细化处理后，合金的机械性能得到显著提高，尤其是铸件具有较低冷速部位的性能提高程度大，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异，有利于合金部件综合性能的提高。
④采用本发明的方法制备的Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂，能精确地控制复合细化变质剂的成分，所得复合细化变质剂中杂质化学成分低，有利于后续的使用效果。
⑤采用本发明的方法制备Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂，所用Ti、B、RE等原材料可以采用多种不同的形式，熔炼工艺过程简单，易操作控制。
附图说明
图1是本发明的熔炼工艺曲线图。
图2是采用实施例1制得的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂对ZL101铝合金进行细化变质后的显微照片。
图3是采用市售的Al-5Ti-B晶粒细化剂对ZL101铝合金进行细化后的显微照片。
图4是试样3与试样4的细化效果随冷却速度的变化曲线。
图5是采用市售的Al-5Ti-B细化剂正常生产车轮轮辐抗拉强度图。
图6是采用实施例3制得的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂所得车轮轮辐抗拉强度图。
图7是采用市售的Al-5Ti-B细化剂正常生产车轮内轮缘的抗拉强度图。
图8是采用实施例3制得的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂制得车轮内轮缘的抗拉强度图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种铝合金用低冷速敏感高形核能力复合细化变质剂，其成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE，，其中，其中，0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。
所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两种以上的混合。
所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂中包含的杂质化学元素有：Fe≤0.3wt％；Cu≤0.2wt％；Mn≤0.1wt％；Zn≤0.1wt％；Ga≤0.05wt％；S≤0.05wt％。
一般地，感应电炉熔炼包括有：打结坩埚、装料、熔化、精炼和浇注步骤。西北工业大学出版社，1985年7月第一版，《铸钢和铸造高温合金及其熔炼》，傅恒志主编，第228-232页。
本发明的目的之一是开发一种具有高形核能力的Al-xNb-yTi-zB-kRE复合细化变质剂；该Al-xNb-yTi-zB-kRE复合细化变质剂不仅能够使铝合金晶粒得到显著细化，细化效果的冷速敏感性低，而且能够提高共晶相的变质效果；目的之二是提出了一种采用感应电炉熔炼工艺来制备Al-xNb-yTi-zB-kRE复合细化变质剂的方法，该方法是在打结坩埚、装料、熔化、精炼和浇注步骤下进行的；其区别步骤在于：
配制复合细化变质剂的目标成分：
在本发明中，复合细化变质剂的目标成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE；用量：0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。
Al元素是以Al块的形式配料；
Nb元素以Al-Nb中间合金块的形式配料；
B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配料；
RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。
块体的尺寸(长与宽)为1cm×1cm～5cm×5cm。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至200～500℃时，保温2～4h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在600～800℃条件下预烧结坩埚2～4h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后放入用铝箔包裹好的B粉末或者Al-B中间合金块，最后在上部放入RE块或者Al-RE中间合金块。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线(如图1所示)进行，第一阶段功率为5～10KW，加热时间为20～40min；第二阶段功率为15～25KW，加热时间为5～10min；第三阶段功率为25～40KW，加热时间为5～10min；然后在功率为20～30KW的条件下精炼10～30min；断电，静置10～30min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率10～15KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-xNb-yTi-zB-kRE。
本发明提出了一种熔炼工艺过程简单，易操作控制，能精确地控制Al-xNb-yTi-zB-kRE复合细化变质剂的成分，所得复合细化变质剂中杂质化学成分低，有利于后续的使用效果。将本发明制得的Al-xNb-yTi-zB-kRE复合细化变质剂应用于铝合金进行晶粒细化变质处理，细化效果优异，共晶硅的变质效果提高；对形状复杂、薄厚不同的铸件各部位(冷却速度不同)细化效果的冷速敏感性较低，细化变质后合金的机械性能得到显著提高，尤其是铸件具有较低冷速部位(厚壁部位)的性能提高程度大，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异，有利于合金部件综合性能的提高。
实施例1
Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂及其制备方法
配制复合细化变质剂的目标成分：
复合细化变质剂的目标成分为Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce；
用量：制备10Kg的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂需要4Kg的Al-10Nb、0.3Kg纯度为99.7％的海绵钛(Ti)、0.1Kg的纯度为99.5％的硼(B)粉、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属镧(La)、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属铈(Ce)、以及余量的尺寸为5×5cm的Al块。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至500℃时，保温2h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在800℃条件下预烧结坩埚2h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-10Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后再放入用铝箔包裹好的B粉末，最后在上部放入金属镧和金属铈。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为8KW，加热时间为30min；然后功率升至20KW(第二阶段功率)，加热时间为10min；然后功率升至30KW(第三阶段功率)，加热时间为10min；然后在功率为25KW的条件下精炼10min；断电，静置10min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率10KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce。
细化变质效果比较：
对ZL101铝合金进行晶粒细化变质处理，即采用功率为5kW的石墨坩埚电阻炉熔炼ZL101合金，待合金完全熔化后，将温度降至740℃，保温10min，扒渣。待熔体温度降至725℃时，加入0.3wt％的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂，或者0.3wt％的Al-5Ti-B和Al-10Sr变质剂，静置15min，撇渣，最后将熔体浇注入预热200℃的高纯石墨模具中，冷却后，分别得到试样1和试样2。
采用金相及电子探针扫描电子显微镜测试试样1和试样2，得到的显微形貌照片如图2和图3所示。在相同的实验条件下，试样1的平均晶粒大小细化至200微米，二次枝晶间距细化至约28微米；试样2的平均晶粒大小细化至420微米，二次枝晶间距细化至约62微米，可见本发明制备的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂比传统的Al-5Ti-B细化剂具有更优异的细化效果。
由图2及图3可知，采用实施例1制得的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂比常规使用的变质剂对共晶Si具有更优的变质效果。
实施例2
制备Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂
配制复合细化变质剂的目标成分：
复合细化变质剂的目标成分为Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er；
用量：制备10Kg的Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂需要5Kg的Al-10Nb、0.3Kg纯度为99.7％的海绵钛(Ti)、1Kg的纯度为99.5％的Al-5B中间合金块、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属镧(La)、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属铒(Er)、以及余量的尺寸为5×5cm的Al块。Al-5B中间合金块的尺寸为3×3cm。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至400℃时，保温2h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在650℃条件下预烧结坩埚2h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-10Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后再放入Al-5B中间合金块，最后在上部放入金属镧和金属铒。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为10KW，加热时间为25min；然后功率升至20KW(第二阶段功率)，加热时间为8min；然后功率升至30KW(第三阶段功率)，加热时间为5min；然后在功率为20KW的条件下精炼20min；断电，静置10min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率10KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er。
复合细化变质剂细化效果的冷速敏感性分析：
为了分析复合细化变质剂细化效果的冷速敏感性，采用高纯石墨锥形模具，锥形模具不同位置处直径不同，浇注所得合金试样壁厚不同，冷速速度亦不同，在模具不同位置处，分别插入热电偶测量温度，采集数据后得到不同位置处的冷速速度变化由1℃/s到35℃/s，分析不同冷速条件下试样细化效果的变化程度，可得到复合细化变质剂细化效果随冷速速度变化的敏感性程度。
实验采用功率为5kW的石墨坩埚电阻炉熔炼6063铝合金，待合金完全熔化后，将温度降至740℃，保温10min，扒渣。待熔体温度降至725℃时，加入0.3wt％的Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂或者0.3wt％的Al-5Ti-B，静置15min，撇渣，最后将熔体浇注入预热200℃的锥形模具中，冷却后，分别得到试样3和试样4。
图4示出了添加实施例2制得的Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂及市售的Al-5Ti-B细化剂细化程度随不同冷却速度变化的规律图，细化程度随冷却速度变化呈线性关系，其斜率代表了细化剂细化效果的冷速敏感性，可见Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂细化效果比传统的Al-5Ti-B细化剂具有更低的冷速敏感性。
实施例3
Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂
配制复合细化变质剂的目标成分：
复合细化变质剂的目标成分为Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce；
用量：制备10Kg的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂需要3Kg的Al-10Nb、0.2Kg纯度为99.7％的海绵钛(Ti)、0.08Kg的纯度为99.5％的硼(B)粉、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属钇(Y)、0.05Kg的纯度为99.0wt％的金属铈(Ce)、以及余量的尺寸为5×5cm的Al块。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至300℃时，保温3h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在750℃条件下预烧结坩埚3h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-10Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后放入用铝箔包裹好的B粉末，最后在上部放入金属钇和金属铈。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为10KW，加热时间为40min；然后功率升至18KW(第二阶段功率)，加热时间为5min；然后功率升至35KW(第三阶段功率)，加热时间为8min；然后在功率为20KW的条件下精炼15min；断电，静置10min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率15KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce。
铸件性能分析
将实施例3制备的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂应用于ZL101铝合金568型车轮制造，并与正常生产的轮毂性能比较，车轮轮辐(具有较低的冷却速度)的拉伸强度由200MPa提高到260MPa，车轮内轮缘(具有较高的冷却速度)的拉伸强度由264MPa提高到280MPa，分别提高了30％及6.1％；车轮轮辐(具有较低的冷却速度)及内轮缘(具有较高的冷却速度)的延伸率分别提高了17.5％及8.0％，性能数据图见图5、图6、图7、图8所示，可见添加本发明的复合细化变质剂后，合金的机械性能得到显著提高，尤其是铸件具有较低冷速部位(厚壁部位)的性能提高程度大，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异。

Claims (6)

1.一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂，其特征在于：该AlNbTiBRE复合细化变质剂的成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE，，其中，其中，0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两种以上的混合。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂，其特征在于：所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-Ti-B-RE复合细化变质剂中包含的杂质化学元素有：Fe≤0.3wt％；Cu≤0.2wt％；Mn≤0.1wt％；Zn≤0.1wt％；Ga≤0.05wt％；S≤0.05wt％。
3.采用感应电炉熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法，所述感应电炉熔炼工艺包括有打结坩埚、装料、熔化、精炼和浇注步骤；其特征在于：
配制复合细化变质剂的目标成分：
在本发明中，复合细化变质剂的目标成分为Al-xNb-yTi-zB-kRE；用量：0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤6wt％，0.01＜z≤1wt％，0.01＜k≤1wt％，余量为Al。
Al元素是以Al块的形式配料；
Nb元素以Al-Nb中间合金块的形式配料；
B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配料；
RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。
块体的尺寸(长与宽)为1cm×1cm～5cm×5cm。
锭模步骤；
将石墨锭模放入电阻炉中升温至200～500℃时，保温2～4h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
打结坩埚步骤；
在打结坩埚步骤中坩埚选用氧化镁坩埚；
然后将氧化镁坩埚打结安装在感应电炉内，并在600～800℃条件下预烧结坩埚2～4h后，得到预处理后坩埚待用。
在本发明中，对预处理后的氧化镁坩埚需要检查其有无裂纹，以免造成熔炼时漏料，以便于感应系统顺利对坩埚内金属原料进行感应熔炼。
在装料步骤中；
为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩埚壁的附近，在Al块上放入Al-Nb中间合金块，再放入海绵Ti，然后放入用铝箔包裹好的B粉末或者Al-B中间合金块，最后在上部放入RE块或者Al-RE中间合金块。
炉料不得超过感应线圈的高度。
应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥，使制得的复合细化变质剂成分均匀。
熔化与精炼复合步骤；
对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为5～10KW，加热时间为20～40min；第二阶段功率为15～25KW，加热时间为5～10min；第三阶段功率为25～40KW，加热时间为5～10min；然后在功率为20～30KW的条件下精炼10～30min；断电，静置10～30min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50wt％的NaCl和50wt％的KCl组成。
在浇注步骤中；
以功率10～15KW给电，使洁净的熔液从坩埚中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-xNb-yTi-zB-kRE。
4.根据权利要求3所述的采用感应电炉熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法，其特征在于：制得的Al-4Nb-3Ti-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂对ZL101铝合金进行晶粒细化变质处理，平均晶粒大小细化至200微米，二次枝晶间距细化至约28微米。
5.根据权利要求3所述的采用感应电炉熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法，其特征在于：制得的Al-5Nb-3Ti-0.5B-0.5La-0.5Er复合细化变质剂比Al-5Ti-B细化剂具有更加的冷速敏感性。
6.根据权利要求3所述的采用感应电炉熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂的方法，其特征在于：制得的Al-3Nb-2Ti-0.8B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂应用于ZL101铝合金568型车轮制造，并与正常生产的轮毂性能比较，车轮轮辐的拉伸强度由200MPa提高到260MPa，车轮内轮缘的拉伸强度由264MPa提高到280MPa，分别提高了30％及6.1％；车轮轮辐及内轮缘的延伸率分别提高了17.5％及8.0％。
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