CN106555066B - 一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，该方法包括制备复合添加剂、配料熔炼、晶粒细化处理、精炼、变质处理、浇铸六个步骤。微量复合添加剂是将Al‑5Ti‑0.5C、Al‑10Mn、Al‑10Sr、Al‑10Ce各中间合金分别通过机加工成合金屑，再通过机械研磨将其制备成一定大小的颗粒，合理选择颗粒的复配比例组成微量复合添加剂，预热后将其加入富铁再生铝熔体中，得到高性能富铁再生铝。本发明具有良好的晶粒细化效果，大幅度提高富铁再生铝的力学性能。本发明简化了熔体处理工艺，添加剂制备方便且易于保存，易于控制，无污染析出。

Description

一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法
技术领域
本发明属于再生铝材料制备领域，具体是一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法。
背景技术
铸造铝合金具有密度小强度高的特点，在航空、机械以及汽车等领域应用广泛。随着原铝资源日益紧张，人们将废旧回收的铝再次利用，循环用于铸造铝合金体系。在铝资源的回收与再利用中，因反复熔炼或者回收期间接触含铁部件，导致废旧铝熔化后Fe、Si含量较高；而高铁的铝硅合金中，会形成粗大片状的β铁相割裂组织，使得铸造铝硅合金的力学性能大幅降低。
在铸造铝硅合金中添加微量元素是改善其力学性能的一种有效手段。在添加的微量元素中，Al-Ti-C是一种新型晶粒细化剂，起到细化作用的粒子是TiAl3和TiC，其细化原理就是有效的异质晶核分布在熔体当中。TiC相的质点团是α-Al有效的异质结晶的核心，并且Al-Ti-C中间合金形成的TiC质点的表面是一个凸面，有很大的表面曲率，从而降低形核能力。合金元素Mn能很好的阻碍铝合金的再结晶过程，提高铝合金的再结晶温度，同时还能明显的细化再结晶晶粒。微量元素Sr添加到合金中能够改变金属间化合物相的析出行为，是一种很好的表面活性元素。稀土元素Ce能使铝合金熔铸的时候成分过冷，降低二次枝晶之间的间距，而且能够使熔体的表面张力降低，熔体流动性增加，从而细化组织，提高了铸造铝合金的工艺性能。
公开号为CN103820638A的专利公开了一种高Fe铝硅合金中Fe相的多元复合细化变质处理方法。该发明采用Al-Ti-C、Mn、RE对高Fe铝硅合金中的Fe相进行细化变质，可有效地将针状有害的β-Fe相转变汉字α-Fe相或者颗粒状α-Fe相。吴亮等【吴亮，Mn、Sr对铝硅合金中铁相的影响，铸造，2011年12期(60)，1185-1189】证实Mn和Sr复合可将Fe相由针状的转变成细小的鱼骨状，并均匀分布于α-A1枝晶中。因此添加适量的微量合金元素，再通过适当处理来控制和改善铁相生长方式，可在细化初生铝同时，抑制β铁相的形成，达到有效细化组织和控制合金相形貌的目的，从而提高再生铝的力学性能。通过添加微量元素控制废铝在铸造过程中组织形貌，降低再生铝中粗大相的不利影响，可获得高性能铸造铝合金，提高再生铝资源的循环利用并缓解铝锭供不应求的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，要处理的富铁再生铝组分组成，以重量百分比计，Si：10.5～12.0％、Cu：1.5～3.0％、Fe：1.3～2.0％、余量为铝，以上各组分含量之和为100％；
操作步骤如下：
1.制备微量复合添加剂：
微量复合添加剂由按重量百分比计，Al-5Ti-0.5C：5～27％、Al-10Mn：30～55％、Al-10Sr：9～25％、Al-10Ce：9～15％；以上各组分含量之和为100％组成，利用机加工将各中间合金加工为颗粒状，颗粒尺寸范围为1.0～0.1cm，按上述比例均匀混合备用。
2.将要处理的富铁再生铝装入石墨坩埚内，将其在坩埚电阻炉加热到750℃±5℃熔化成熔体，待全部熔化，保温10～20分钟后加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼完毕后扒去表面浮渣，得到再生铝熔液。
3.将步骤1配置的微量复合添加剂，放入温度为150～250℃烘箱进行预热，预热后的微量复合添加剂加入到步骤2)再生铝熔液中，微量复合添加剂与再生铝的重量比例为2:1000，以200～500r/min的速率进行漩涡搅拌1～5分钟，静置保温15～25分钟后，自然冷却至700℃～720℃，扒渣浇铸于预热的金属铸型中，得到高性能富铁再生铝。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明将对β-Fe相的变质和α-Al的细化处理合为一体，简化了铸造铝合金熔体处理工艺，降低了成本，具有好的复合处理效果，改善了富铁再生铝合金的性能。
2.本发明方法工艺简单，微量复合添加剂成分易于控制，预热和搅拌工艺参数易于设置，易于实现工业化批量生产。
3.本发明的微量复合添加剂在使用过程中，均无污染物排出，属于环保型技术。
4.本发明对富铁铸造压铸铝合金具有较好处理效果，特别对于再生铝合金中铁的质量百分比为1.3～2.0％时处理效果尤其显著。如对于应用最为广泛的ADC12合金，其铁含量要求小于1.3％，当铁含量超标时，合金性能无法达标。经过添加本专利复合微量添加剂，经复合处理后粗大的β-Fe相变为块状，α-Al明显细化，可使得铁含量超标的ADC12合金力学性能达到使用要求。
附图说明
图1.机加工获得的微量复合添加剂各合金切屑的混合照片。
图2.微量复合添加剂处理前富铁再生铝合金的OM显微组织照片。
图3.微量复合添加剂处理前富铁再生铝合金的XRD图谱。
图4.经实施例1的微量复合处理后的再生铝合金的OM照片。
图5.经实施例2的微量复合处理后的再生铝合金的OM照片。
图6.经实施例3的微量复合处理后的再生铝合金的OM照片。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，操作步骤如下：
本方法用设备及工具：加热设备为坩埚电阻炉、烘箱，机加工设备为车床、机械研磨机，其它工具有扒渣工具、钟形罩、搅拌工具及金属型模具。
本方法要处理的富铁再生铝的组分按重量百分比计为Si：10.5％、Cu：1.5％、Fe：1.3％、余量为铝。所使用的精炼剂为C2Cl6。
1.制备微量复合添加剂
按重量百分比称取，Al-5Ti-0.5C：5％、Al-10Mn：55％、Al-10Sr：25％、Al-10Ce：15％混合均匀配制成微量复合添加剂备用。
2.将要处理的富铁再生铝合金切屑装入石墨坩埚内，将其在坩埚电阻炉加热到750℃熔化成熔体，待全部熔化，保温20分钟后加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼完毕后扒去表面浮渣，得到再生铝熔液。
3.将步骤1制备的微量复合添加剂放入150℃预热，预热后的微量复合添加剂加入到步骤2再生铝熔液中，微量复合添加剂与再生铝的重量比例为2:1000，以200r/min的速率进行漩涡搅拌1分钟，静置保温15分钟后，自然冷却至720℃，扒渣浇铸于预热的金属铸型中，得到高性能富铁再生铝。
实施例2
用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，操作步骤如下：
本方法所用设备及工具：同实施例1。
本方法要处理的富铁再生铝的组分按重量百分比计为Si：12.0％、Cu：3.0％、Fe：2.0％、余量为铝。所使用的精炼剂为C2Cl6。
1.制备微量复合添加剂；按重量百分比称取，Al-5Ti-0.5C：13％、Al-10Mn：52％、Al-10Sr：22％、Al-10Ce：13％混合均匀配制成微量复合添加剂备用。
2.将要处理的富铁再生铝合金切屑装入石墨坩埚内，将其在坩埚电阻炉加热到753℃熔化成熔体，待全部熔化，保温10分钟后加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼完毕后扒去表面浮渣。得到再生铝熔液。
3.将步骤1制备的微量复合添加剂放入250℃预热，预热后的微量复合添加剂加入到步骤2再生铝熔液中，微量复合添加剂与再生铝的重量比例为2:1000，以350r/min的速率进行漩涡搅拌4分钟，静置保温20分钟后，自然冷却至700℃，扒渣浇铸于预热的金属铸型中，得到高性能富铁再生铝。
实施例3
用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，操作步骤如下：
本方法所用设备及工具：同实施例1。
本方法要处理的富铁再生铝的组分按重量百分比计为Si：11.0％、Cu：2.5％、Fe：1.8％、余量为铝。所使用的精炼剂为C2Cl6。
1.制备微量复合添加剂；按重量百分比，Al-5Ti-0.5C：27％、Al-10Mn：55％、Al-10Sr：9％、Al-10Ce：9％混合均匀配制成微量复合添加剂备用。
2.将要处理的富铁再生铝合金切屑装入石墨坩埚内，将其在坩埚电阻炉加热到750℃熔化成熔体，待全部熔化，保温20分钟后加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼完毕后扒去表面浮渣。得到再生铝熔液。
3.将步骤1制备的微量复合添加剂放入250℃预热，预热后的微量复合添加剂加入到步骤2再生铝熔液中，微量复合添加剂与再生铝的重量比例为2:1000，以500r/min的速率进行漩涡搅拌5分钟，静置保温25分钟后，自然冷却至700℃，扒渣浇铸于预热的金属铸型中，得到高性能富铁再生铝。
下面将以上三个实施例中的添加剂成分、处理前后的组织以及力学性能列表进行对比分析。表1为三个实施例中复合添加剂的重量百分含量。表2为处理前后铁相的尺寸对比。图3为微量复合添加剂处理前富铁再生铝合金的XRD图谱。
表1复合微量添加剂的各实施例中各种成分的重量百分比
图2为微量复合添加剂处理前的再生铝合金的OM显微组织，从图中可以看出α-Al呈树枝状，共晶硅也呈粗大层片状，β-Fe为粗大的针状相。图4、5、6为经过微量复合添加剂处理后的金相组织的OM照片，经过处理后α-Al的树枝状明显细化呈卵圆形，共晶硅也由层片状向纤维状转变，粗大针状铁相变为块状。从组织分析可知，多元复合微量添加剂对再生铝具有明显的细化和变质的双重作用。为量化处理后组织的变化，分别进行了α-Al的二次枝晶臂、β-Fe的长径比测量，数据如表2所示。
表2各实施例处理前后的与原材料的相尺寸
对未添加微量复合添加剂的再生铝和按不同微量复合添加剂配方获得的实施例1、2、3复合作用后获得的再生铝进行硬度、拉伸性能测试，拉伸试样按照中华人民共和国国家标准GB/T288-2002《金属材料室温拉伸实验方法》进行加工。
表3未加复合微量添加剂和加添加剂的再生合金的力学性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用微量复合添加剂制备高性能富铁再生铝的方法，其特征在于，要处理的富铁再生铝组分组成，以重量百分比计，
Si：10.5～12.0％、Cu：1.5～3.0％、Fe：1.3～2.0％、余量为铝，以上各组分含量之和为100％；
操作步骤如下：
1)制备微量复合添加剂：微量复合添加剂由按重量百分比计，Al-5Ti-0.5C：5～27％、Al-10Mn：30～55％、Al-10Sr：9～25％、Al-10Ce：9～15％；以上各组分含量之和为100％，利用机加工将各中间合金加工为颗粒状，颗粒尺寸范围为1.0～0.1cm，按上述比例均匀混合备用；
2)将要处理的富铁再生铝装入石墨坩埚内，将其在坩埚电阻炉加热到750℃±5℃熔化成熔体，待全部熔化，保温10～20分钟后加入精炼剂C2Cl6进行精炼，精炼完毕后扒去表面浮渣，得到再生铝熔液；
3)将步骤1)配置的微量复合添加剂，放入温度为150～250℃烘箱进行预热，预热后的微量复合添加剂加入到步骤2)再生铝熔液中，微量复合添加剂与再生铝的重量比例为2:1000，以200～500r/min的速率进行漩涡搅拌1～5分钟，静置保温15～25分钟后，自然冷却至700℃～720℃，扒渣浇铸于预热的金属铸型中，得到高性能富铁再生铝。
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