CN106676298A - 一种铝合金轮毂晶粒细化方法 - Google Patents

一种铝合金轮毂晶粒细化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金轮毂晶粒细化方法，包括：在温度700‑710℃下，向铝液中加入精炼剂，加入量为铝液质量的0.4～0.8％，静置后，除去铝液表面的浮渣；在温度700‑710℃下，向预精炼后的滤液中加入铝‑镍‑磷中间合金，加入量为铝液质量的0.1％‑0.4％，机械搅拌均匀后静置；然后加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％‑0.2％。通过精炼剂对铝液预精炼，有效降低了铝液中游离氢及杂质的含量，从而降低铝合金中的孔隙率。铝‑镍‑磷中间合金和纳米氧化锡纤维二者配合作用，使铝合金组织晶粒细化均匀，能够有效提高铸造得到的铝合金轮毂的综合性能。

Description

一种铝合金轮毂晶粒细化方法
技术领域
本发明涉及铝合金熔炼领域，尤其涉及一种铝合金轮毂晶粒细化方法。
背景技术
汽车车轮在行驶过程中高速转动，并承载着汽车重量、扭动扭矩和其他应力，要求车轮材料有高强度、高弹性模量等力学性能，以满足汽车产品规定的安全性和可靠性要求。汽车车轮材料最初采用钢板，焊接后通过成型挤压形成汽车车轮，由于制造工艺复杂，质量重以及车轮表面质量不满足现代汽车发展的要求，汽车车轮材料已经由铝合金取代了钢板。
铝合金具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，比重小，耐蚀性好等优良特性，是汽车轮毂的主要使用材料。然而现有的方法制备得到的铝合金轮毂，通常结构不致密，容易产生疏松、夹孔等铸造缺陷，铝合金的铸态组织晶粒粗大，力学性能较低。
发明内容
为了克服现有技术中的缺点和不足，本发明提供了一种铝合金轮毂的晶粒细化方法，操作简便，对晶粒的细化程度高。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩，除去熔炉中的空气；
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，机械搅拌均匀，然后检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al；
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中加入精炼剂，加入量为铝液质量的0.4～0.8％，静置后，除去铝液表面的浮渣；
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.1％-0.4％，机械搅拌均匀后静置；然后加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％-0.2％；
S5：检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3；
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。
进一步，所述精炼剂包括2-3份稀土、20-30份氯化钠、10-20份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率；并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率；氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
进一步，所述精炼剂包括2份稀土、30份氯化钠、20份氯化钾。
进一步，所述铝-镍-磷中间合金的制备步骤如下：按重量百分比Al：Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Al、Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧；然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。制备得到的Al-Ni-P中间合金组织均一稳定。
进一步，所述Al-Ni-P中间合金各组分的重量百分比为Al：Ni：P＝85％：12％：3％。在该比例下，Al-Ni-P中间合金的细化作用最佳，且Al-Ni-P中间合金于纳米氧化锡的配合细化作用最优。
进一步，所述铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维的加入量的质量比为4:1～1:2。铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维按照一定比例配合，二者共同作用，使铝合金中的组织得到了更好的细化，减少了铸造缺陷，铝合金的综合性能得到了明显的提高。
进一步，所述铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维的加入量的质量比为2:1。
进一步，所述S3中还包括，在加入精炼剂后，从熔炉下方向铝液中连续通入高纯氩10-15min，然后再静置，除去铝液表面的浮渣。从下方通入高纯氩，能够带动杂质或气体等由下至上全部从铝液表面排出，避免从上至下通导致的杂质或气体排除不净。
进一步，所述S2中使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌。耐火涂层能够避免机械搅拌的搅拌棒的成分在高温条件下熔入铝液中，影响铝液成分；且钛棒的熔点很高，在铝液熔炼过程中不会熔入铝液中。
进一步，所述S6中在将铝液浇注到预热的轮毂模具前，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质。
本发明具有如下优点：
1.本发明通过加入铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维二者共同作用，铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。铸造得到的铝合金轮毂的综合性能得到了明显的提高。
2.加入稀土、氯化钠和氯化钾作为精炼剂，稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
3.通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在熔炼过程中，通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，及时避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
具体实施方式
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中加入精炼剂，加入量为铝液质量的0.4～0.8％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩一段时间，静置一定时间后，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括2-3份稀土、20-30份氯化钠、10-20份氯化钾。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.1％-0.4％，机械搅拌均匀后静置一定时间；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％-0.2％。其中，所述铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维的加入量的质量比为4:1～1:2，优选2:1。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Al、Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧；然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。
相对于现有技术，本发明通过加入Al-Ni-P中间合金以及纳米氧化锡纤维，共同作用使铝合金中的组织得到了更好的细化，减少了铸造缺陷，铝合金的综合性能得到了明显的提高。由此制备得到的铝合金轮毂的力学性能、磨损性能和使用寿命得到明显的提高。
实施例1
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。通过高纯氩除净熔炉中的空气，进一步避免铝合金在熔炼过程中的氧化。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在本实施例中，通过分光仪对熔化的铝液的成分进行检测，各成分按重量百分比分别为Si 7.0％，Mg0.35％，Ti 0.12％，Fe 0.05％，Mn 0.02％，Cu 0.03％，Zn 0.02％，Al 92.41％。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中通过高纯氩喷入精炼剂，加入量为铝液质量的0.6％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩10-15min后，静置1min，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括3份稀土、25份氯化钠、15份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.25％，机械搅拌均匀后静置1min；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.1％。铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。通过降低模具的温度，提高铝液的冷却速度，促进铝液快速固化，细化晶粒。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Al、Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧，避免P层过松，加入Al、Ni后P喷溅损耗；避免P层过紧，Al、Ni熔化后难以与P混合均匀。然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。在本实施例中，所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为95％：4％：1％。
通过本实施例制备得到的铝合金轮毂的性能参数如下：
从上表中可知，单独加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维均可对铝合金轮毂的性能有所改善。并且，同时加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维时，铝合金轮毂的性能优于分别单独加入两种物质的情况，这说明了Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维二者共同作用，Al-Ni-P中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
相对于现有技术，本发明通过加入Al-Ni-P中间合金以及纳米氧化锡纤维，共同作用使铝合金中的组织得到了更好的细化，减少了铸造缺陷，铝合金的综合性能得到了明显的提高。由此制备得到的铝合金轮毂的力学性能、磨损性能和使用寿命得到明显的提高，满足现有的轮毂的需求。
实施例2
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。通过高纯氩除净熔炉中的空气，进一步避免铝合金在熔炼过程中的氧化。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在本实施例中，通过分光仪对熔化的铝液的成分进行检测，各成分按重量百分比分别为Si 7.5％，Mg0.45％，Ti 0.2％，Fe 0.12％，Mn 0.05％，Cu 0％，Zn 0.05％，Al 91.63％。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中通过高纯氩喷入精炼剂，加入量为铝液质量的0.6％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩10-15min后，静置1min，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括2份稀土、30份氯化钠、20份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.4％，机械搅拌均匀后静置1min；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.2％。铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。通过降低模具的温度，提高铝液的冷却速度，促进铝液快速固化，细化晶粒。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧，避免过松加入Ni后P喷溅损耗，以及避免过紧Ni熔化后难以与P混合均匀。然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。在本实施例中，所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为95％：4％：1％。
通过本实施例制备得到的铝合金轮毂的性能参数如下：
从上表中可知，单独加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维均可对铝合金轮毂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维的共同作用，同时加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维时，铝合金轮毂的性能优于分别单独加入两种物质的情况。在本实施例中，Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维加入量的重量比为2:1，所述中间合金的组分比例与实施例1相同，在此种条件下，从表中可知同时加入两者之后，铝合金轮毂的性能相对于实施例1得到显著提高，说明在此比例下二者的协同效果最佳。
实施例3
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。通过高纯氩除净熔炉中的空气，进一步避免铝合金在熔炼过程中的氧化。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在本实施例中，通过分光仪对熔化的铝液的成分进行检测，各成分按重量百分比分别为Si 6.5％，Mg0.3％，Ti 0.05％，Fe 0.03％，Mn 0.01％，Cu 0.1％，Zn 0.05％，Al 93.0％。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中通过高纯氩喷入精炼剂，加入量为铝液质量的0.4％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩10-15min后，静置1min，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括2.4份稀土、20份氯化钠、10份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.1％，机械搅拌均匀后静置1min；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％。铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。通过降低模具的温度，提高铝液的冷却速度，促进铝液快速固化，细化晶粒。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧，避免过松加入Ni后P喷溅损耗，以及避免过紧Ni熔化后难以与P混合均匀。然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。在本实施例中，所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为90％：5％：5％。
通过本实施例制备得到的铝合金轮毂的性能参数如下：
从上表中可知，单独加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维均可对铝合金轮毂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维的共同作用，同时加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维时，铝合金轮毂的性能优于分别单独加入两种物质的情况。
实施例4
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。通过高纯氩除净熔炉中的空气，进一步避免铝合金在熔炼过程中的氧化。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在本实施例中，通过分光仪对熔化的铝液的成分进行检测，各成分按重量百分比分别为Si 7.5％，Mg0.43％，Ti 0.18％，Fe 0.09％，Mn 0.02％，Cu 0.08％，Zn 0.05％，Al 91.65％。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中通过高纯氩喷入精炼剂，加入量为铝液质量的0.6％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩10-15min后，静置1min，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括2份稀土、30份氯化钠、20份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.4％，机械搅拌均匀后静置1min；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.2％。铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。通过降低模具的温度，提高铝液的冷却速度，促进铝液快速固化，细化晶粒。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧，避免过松加入Ni后P喷溅损耗，以及避免过紧Ni熔化后难以与P混合均匀。然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。在本实施例中，所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为85％：12％：3％。
通过本实施例制备得到的铝合金轮毂的性能参数如下：
从上表中可知，单独加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维均可对铝合金轮毂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维的共同作用，同时加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维时，铝合金轮毂的性能优于分别单独加入两种物质的情况。与实施例2对比分析可知，本实施例中所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为85％：12％：3％时的效果优于其他比例。
实施例5
本发明的铝合金轮毂的晶粒细化方法，包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩10min，除去熔炉中的空气。通过高纯氩除净熔炉中的空气，进一步避免铝合金在熔炼过程中的氧化。
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌，用分光仪检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al。通过分光仪对熔化的铝液成分进行检测，避免铝液中成分超出此范围，导致的铝合金性能降低，不能满足汽车轮毂的要求。在本实施例中，通过分光仪对熔化的铝液的成分进行检测，各成分按重量百分比分别为Si 7.3％，Mg0.41％，Ti 0.16％，Fe 0.02％，Mn 0.01％，Cu 0.02％，Zn 0.05％，Al 92.03％。
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中通过高纯氩喷入精炼剂，加入量为铝液质量的0.8％，然后从熔炉下方向铝液中通入高纯氩10-15min后，静置1min，除去铝液表面的浮渣。其中，所述精炼剂包括2份稀土、20份氯化钠、10份氯化钾。稀土能够将氧化铝还原成铝，使铝液中的氧化铝夹杂物含量明显降低，从而减少了氢气的形核基底，降低了铝合金中的孔隙率。并且，稀土会与氢发生相互作用生成稳定的稀土氢化物，从而改变了氢在铝液中的状态，降低了铝液中游离氢的含量，进一步降低铝合金中的孔隙率。氯化钠和氯化钾能够有效除去铝液中的杂质。
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.2％，机械搅拌均匀后静置1min；加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％。铝-镍-磷中间合金作为细化剂加入铝液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周围形成Ni2P的保护层，阻止了Ni3Al的熔化，通过磷的扩散形成一个富Ni的液态相区，形核在该区发生，从而细化晶粒。而纳米氧化锡纤维的加入，能够诱导形核中心沿纤维方向排列，使各处的形核中心分布均匀，晶粒细化均匀。
S5：通过密度检测仪检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制铝液中的含氢量；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通过密度检测监控铝液中的含氢量，控制含氢量在合理范围内，避免含氢量过高导致的合金组织结构的缺陷。
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。通过降低模具的温度，提高铝液的冷却速度，促进铝液快速固化，细化晶粒。
其中，所述铝-镍-磷中间合金通过熔化合成法制备得到，具体步骤是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧，避免过松加入Ni后P喷溅损耗，以及避免过紧Ni熔化后难以与P混合均匀。然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。在本实施例中，所述Al-Ni-P中间合金按重量百分比为85％：12％：3％。
通过本实施例制备得到的铝合金轮毂的性能参数如下：
从上表中可知，单独加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维均可对铝合金轮毂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维的共同作用，同时加入Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维时，铝合金轮毂的性能优于分别单独加入两种物质的情况。与实施例2对比分析可知，实施例2中所述Al-Ni-P中间合金和纳米氧化锡纤维按重量百分比为2:1时的性能优于本实施例中的4:1对应的性能。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在运行熔炉前，先向熔炉中连续通入高纯氩，除去熔炉中的空气；
S2：在熔炉中加入铝锭，升高温度至700-740℃，待铝锭熔化后，机械搅拌均匀，然后检测铝锭熔化的铝液中的成分，使得铝液中的成分按重量百分比满足Si 6.5～7.5％，Mg0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，Fe 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量为Al；
S3：在温度700-710℃下，向S2中的铝液中加入精炼剂，加入量为铝液质量的0.4～0.8％，静置后，除去铝液表面的浮渣；
S4：在温度700-710℃下，向S3中预精炼后的滤液中加入铝-镍-磷中间合金，加入量为铝液质量的0.1％-0.4％，机械搅拌均匀后静置；然后加入纳米氧化锡纤维，加入量为铝液质量的0.05％-0.2％；
S5：检测铝液密度，使铝液的密度大于或等于2.667g/cm3；若密度小于2.667g/cm3，重复S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3；
S6：将铝液浇注到预热的轮毂模具中，将轮毂模具快速冷却至-10～-20℃，待铝液凝固后起模，得到晶粒细化的铝合金轮毂。
2.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述精炼剂包括2-3份稀土、20-30份氯化钠、10-20份氯化钾。
3.根据权利要求2所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述精炼剂包括2份稀土、30份氯化钠、20份氯化钾。
4.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述铝-镍-磷中间合金的制备步骤如下：按重量百分比Al：Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)称取所需量的Al、Ni和P，通过一层P一层石灰石隔离叠成加入感应炉中，适当压紧；然后先将Al和Ni共同熔化混合均匀后，倒入感应炉中，使合金液由上至下渗入P层，通过感应炉保证炉内合金液不凝固，机械搅拌使合金液均匀，然后急速冷却使其凝固，得到Al-Ni-P中间合金。
5.根据权利要求4所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述Al-Ni-P中间合金各组分的重量百分比为Al：Ni：P＝85％：12％：3％。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维的加入量的质量比为4:1～1:2。
7.根据权利要求6所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述铝-镍-磷中间合金和纳米氧化锡纤维的加入量的质量比为2:1。
8.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述S3中还包括，在加入精炼剂后，从熔炉下方向铝液中连续通入高纯氩10-15min，然后再静置，除去铝液表面的浮渣。
9.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述S2中使用涂有耐火涂层的钛棒进行机械搅拌。
10.根据权利要求1所述的铝合金轮毂的晶粒细化方法，其特征在于：所述S6中在将铝液浇注到预热的轮毂模具前，在熔炉内部放置滤网，使铝液注入模具之前再次过滤除去杂质。
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