CN106282615A - 一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法 - Google Patents

一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法,属于Al-Pb及Al-Bi轴瓦合金材制备技术领域。采用向Al-Pb或Al-Bi合金熔体中添加微量元素Ti和C,在Al-Pb或Al-Bi合金熔体冷却发生液-液相变前,微量元素Ti和C以TiC粒子形式沉淀析出,该TiC粒子可以做为富Pb或富Bi相液滴的形核基底,从而大幅度提高富Pb或富Bi相液滴的形核率,促进弥散型Al-Pb或Al-Bi合金复合凝固组织的形成。本发明可用于制备高质量Al-Pb或Al-Bi合金轴瓦材料。

Description

一种具有弥散型复合凝固组织AI -Pb或AI -B i合金的制备 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及Al-Pb及Al-Bi轴瓦合金材制备技术领域,具体地说是一种具有弥散 型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法。
背景技术
[0002] Al-Pb及合Al-Bi金是一种重要的轴瓦材料,在A1中加入适量的Bi或Pb可提高 材料的减摩性。Al-Pb及Al-Bi合金相图如图1所示。它们在液态存在着组元不混溶温度 区间(Li+L 2, LJPL2分别为富集不同组元的熔体)。当均一的合金熔体冷却到Li+L2区内 时,它将发生液-液相变(L - Li+L2),富Pb或富Bi相液滴自熔体中沉淀析出。由于两液 相间的比重差很大,液-液相变期间极易形成相偏析严重乃至两相分层的现象,因此,制备 具有弥散型凝固组织的Al-Pb和Al-Bi合金极为困难,这限制了 Al-Pb和Al-Bi合金的工 业应用。采取适当的措施,提高弥散相液滴的形核率,从而减小弥散相液滴的尺寸及迀移速 度,减缓相偏析的形成速度,是制备Al-Pb和Al-Bi合金的有效途径。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备 方法,向Al-Pb或Al-Bi合金熔体中添加微量的Ti和C,在合金熔体冷却发生液-液相变 前,Ti和C以TiC粒子形式沉淀析出,该粒子可以做为富Pb或富Bi相液滴的形核基底,从 而大幅度提高富Pb或富Bi相液滴的形核率,促进弥散型Al-Pb或Al-Bi合金复合凝固组 织的形成。
[0004] 本发明的技术方案是:
[0005] -种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法,该方法采用铸造 技术(模铸或连铸),向Al-Pb或Al-Bi合金熔体中添加微量的Ti和C,在合金熔体冷却过 程中,于液-液相变前,Ti和C以TiC粒子形式自合金熔体中沉淀析出(Ii+£- TiC (s)), 析出的TiC粒子在合金熔体发生液-液相变时作为富Pb相或富Bi相液滴的形核基底,提 高富Pb或富Bi相液滴的形核率,促进具有弥散型复合凝固组织的Al-Pb或Al-Bi合金的 获得。
[0006] 所述Ti和C在熔炼Al-Pb或Al-Bi合金时加入,合金熔体的熔炼温度和浇注温度 高于合金组元互溶温度200K以上,低于1373K。
[0007] 所述Ti和C加入合金熔体后全部溶解于合金熔体中,合金熔体中添加的Ti和C 的摩尔比例为(1~1. 1) :1。
[0008] 合金熔体中Ti和C的加入量由下式(1)确定:
[0009]
Figure CN106282615AD00031
[0010]
Figure CN106282615AD00041
[0011] 式⑴中:11和£表示溶解于A1熔体的Ti和C,A G为TiC沉淀析出导致的体系 自由能变化,T为绝对温度,Tb为合金组元互溶温度,R为气体常数,wt% Ti和wt% C分别 为Al-Pb或Al-Bi合金中Ti和C的重量百分数。
[0012] 所述Al-Pb合金中,Pb元素含量小于9wt. % ;所述Al-Bi合金中,Bi元素含量为 5~20wt. %。本发明Al-Pb或Al-Bi合金亦可含有一些合金化元素,如Cu、Zn、Mg等,这些 元素可以进一步提高A1基体的强度。
[0013] 所制备的Al-Pb或Al-Bi合金中,Pb或Bi以粒子形式弥散分布于A1基体中。
[0014] 本发明的原理如下:
[0015] 本发明通过向Al-Pb、Al-Bi合金熔体中添加微量的Ti和C。在合金熔炼过程中 Ti和C能够全部溶解于合金熔体中。在Al-Pb、Al-Bi合金熔体冷却发生液-液相变前,Ti 和C以TiC粒子形式自熔体中沉淀析出,这些TiC粒子可作为Al-Pb、Al-Bi合金液-液相 变过程中富Pb相或富Bi相液滴的形核基底,从而大幅度提高富Pb或富Bi相液滴的形核 率,促进弥散型Al-Pb、Al-Bi合金复合凝固组织的获得。
[0016] 本发明的有益效果是:
[0017] 1、本发明利用异质形核技术,控制Al-Pb、Al-Bi合金的凝固动力学,获得具有Pb 或Bi以粒子形成弥散分布于A1基体的Al-Pb、Al-Bi合金复合材料,满足工业需求。
[0018] 2、本发明尤其适合于冷却速度较快的铸造技术,如:铸锭尺寸较小,金属型、石墨 型铸造,薄板连铸等。
附图说明
[0019] 图1为偏晶合金不意相图。
[0020] 图2为Al_9wt% Bi合金试样的金相;图中:(a)未添加Ti和C ;(b)添加Ti和 C(Al-9wt% Bi-0. lwt% Ti-0. 025wt% C)。图中黑色相为A1基体,白色相为Bi粒子。
[0021] 图3为Al_5wt% Pb合金试样的金相;图中:(a)未添加Ti和C;(b)添加Ti和 C(Al-5wt% Pb-0. lwt% Ti-0. 025wt% C)。图中黑色相为A1基体,白色相为Pb粒子。
具体实施方式
[0022] 以下结合附图及实施例详述本发明。
[0023] Al-Pb、Al-Bi合金凝固时极易形成偏析严重乃至两相分层的凝固组织,制备极为 困难。本发明研究表明,微、纳米尺寸TiC粒子能显著提高Al-Pb、Al_Bi合金液-液相变过 程中弥散相富Pb、富Bi相液滴的异质形核率、细化凝固组织、促进弥散型凝固组织的获得。 据此,本发明通过以Al-Ti-C中间合金的方式向Al-Pb、Al-Bi合金熔体中添加微量的Ti和 C,所述Ti和C在合金熔炼时加入,合金熔体的熔炼温度高于合金组元互溶温度(即合金的 平衡液-液相变温度T b,见图1) 200K以上。在Al-Pb、Al-Bi合金熔体冷却过程中,于熔体 发生液-液相变前,Ti和C以TiC粒子形式沉淀析出,从而,大幅度提高富Pb或富Bi相液 滴的形核率,促进弥散型Al-Pb、Al-Bi合金复合凝固组织的获得。用此方法制备的Al-Pb、 Al-Bi合金组织如图2、图3所示。
[0024] 实施例1
[0025] 如图2所示,铸造Al_9wt% Bi合金,使用石墨模,浇注前石墨模温度为室温,试样 直径15mm。与未添加微量的Ti和C的试样相比,添加Ti和C的合金试样中富Bi相粒子显 著细化,粒子分布均匀性提高。
[0026] 其制备过程如下:
[0027] 用电阻炉熔炼Al_9wt% Bi晶合金,熔体升温至1100°C保温30分钟,保温期间 搅拌熔体,促进Bi的溶解,然后以Al-Ti-C中间合金的形式,向1KKTC合金熔体中添加 0• llwt% Ti和0• 026wt% C,搅拌溶均后浇注。
[0028] 实施例2
[0029] 如图3所示,铸造Al_5wt% Pb合金,使用石墨模,浇注前石墨模温度为室温,试样 直径15mm。与未添加微量的Ti和C的试样相比,添加Ti和C的合金试样中富Pb相粒子显 著细化,粒子分布均匀性提高。
[0030] 其制备过程如下:
[0031] 用电阻炉熔炼Al-5wt%Pb合金,熔体升温至1050°C保温30分钟,保温期间 搅拌熔体,促进Pb的溶解,然后以Al-Ti-C中间合金的形式,向1050°C合金熔体中添加 0• 10wt% Ti和0• 025wt% C,搅拌溶均后浇注。

Claims (7)

1. 一种具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法,其特征在于:该方 法采用铸造技术,向Al-Pb或Al-Bi合金熔体中添加微量的Ti和C,在合金熔体冷却发生 液-液相变前,合金熔体中的Ti和C以TiC粒子形式沉淀析出,析出的TiC粒子在合金熔 体发生液-液相变时作为富Pb或富Bi相液滴的形核基底,提高富Pb或富Bi相液滴的形 核率,促进有弥散型复合凝固组织的Al-Pb或Al-Bi合金的获得。
2. 根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法, 其特征在于:所述Ti和C在合金熔炼时加入,合金熔体的熔炼温度和浇注温度应在1373K 以下,在Tb+200K以上,TbSAl-Pb、Al-Bi合金组元互溶温度。
3. 根据权利要求2所述的具有弥合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法,其特征 在于:所述Ti和C加入合金熔体后全部溶解于合金熔体中。
4. 根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法, 其特征在于:合金熔体中添加的Ti和C的摩尔比例为(1~I. 1) :1。
5. 根据权利要求4所述的具有弥散型复合散型复凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备 方法,其特征在于:合金熔体中Ti和C的加入量由下式(1)确定:
Figure CN106282615AC00021
式⑴中:11和£表示溶解于Al熔体的Ti和C,AG为TiC沉淀析出导致的体系自 由能变化,T为绝对温度,1;为Al-Pb、Al-Bi合金组元互溶温度,R为气体常数,wt% Ti和 wt % C分别为Al-Pb或Al-Bi合金中Ti和C的重量百分数。
6. 根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法, 其特征在于:所述Al-Pb合金中,Pb元素含量小于9wt. %;所述Al-Bi合金中,Bi元素含量 为 5 ~20wt. %。
7. 根据权利要求1所述的具有弥散型复合凝固组织Al-Pb或Al-Bi合金的制备方法, 其特征在于:所制备的Al-Pb或Al-Bi合金中,Pb或Bi以粒子形式弥散分布于Al基体中。
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