CN109022931B - 一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用 - Google Patents

一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用。一种铝铌硼中间合金，包括铌(Nb)2.0‑3.5％、硼(B)0.1‑0.99％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。本发明铝铌硼中间合金，结构均匀、细度小、杂质含量极低，可有效避免金属烧损，从而保证合金内部清洁度，降低氧化杂质，同时能使后期铸件的综合力学性能得到明显的提升；制备方法简单、易操作，且能有效避免金属烧损，从而保证合金内部清洁度，使中间合金的使用性能得到保证；使用时，用量少、对铸件的改善效果明显。

Description

一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用，属于中间合金领域。
背景技术
细化铸态晶粒是提高产品在后续深加工中强度和韧性的重要手段之一。随着汽车轻量化的不断发展和国家节能减排战略的逐步实施，以铝及其合金为代表的轻质合金的应用日益广泛。对铝及其合金进行细化处理可提高铝及其合金的力学性能。现有代表性的细化剂为铝钛硼细化剂，然而该细化剂中的钛元素会与硅含量高的铝硅系铸造合金中的硅反应生成TiSi相和TiSi2相，进而削弱了TiB2粒子的形成，弱化了细化效果，产生毒化作用，进而限制了其应用。申请号为2017100434606的申请公开了一种铝铌硼中间合金细化剂，其中硼含量为1-5％，然而，该细化剂的铝铌中间合金有明显的烧损，杂质多、内部清洁度差，且B化物对后期的铝合金制品有明显的毒害作用，对铸件的改善仍有缺失。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种铝铌硼中间合金，包括铌(Nb)2.0-3.5％、硼(B)0.1-0.99％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。
申请人经研究发现，硼化物过多会对后期的铝合金制品有明显的毒害作用，硼含量少于0.1％细化效果不理想，硼含量超过0.99％会加重金属烧损，从而影响合金的清洁度和力学性能，同时硼含量超过0.99％还会对后期的铝合金制品造成毒害；2.0-3.5％的铌和0.1-0.99％的硼的协同促进最为明显，提高细化能力的同时，抑制了对铝合金制品的毒害，且有效避免了金属烧损，从而保证合金内部清洁度，降低氧化杂质，同时改善了后期铸件的综合力学性能。
为了进一步提高所得产品的综合性能，优选，上述铝铌硼中间合金，包括铌(Nb)2.4-3.2％、硼(B)0.2-0.4％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。
上述铝铌硼中间合金的制备方法，所用原料包括铝锭、铝铌合金和氟硼酸钾。
为了提高所得中间合金的细度和纯度，铝锭的纯度不小于99.7％wt，铝铌合金中铌的质量含量为50-70％wt，氟硼酸钾中硼的质量含量为8.0-8.5％wt。
进一步优选，铝锭的纯度为99.97％wt，铝铌合金中铌的质量含量为60％wt，氟硼酸钾中硼的质量含量为8.0-8.5％wt。
为了进一步保证所得中间合金的使用性能，上述铝铌硼中间合金的制备方法，包括如下步骤：
1)根据目标产物中元素的含量计算所需铝锭、铝铌合金和氟硼酸钾的质量配比；
2)将60-65％的铝锭熔化；
3)将步骤2)所得物料升温后，加入铝铌合金熔化；
4)将剩余的铝锭加入步骤3)所得的物料中熔化、降温；
5)将步骤4)所得物料中加入氟硼酸钾进行反应；
6)将步骤5)所得物料除酸水、除沫、清渣、脱气、捞渣、连铸连轧，即得。
上述方法简单可行，所得产品的杂质元素含量极低，对铝及其合金的细化效果明显，保证了铝及其合金内部的清洁度，使铝及其合金的力学性能提升显著。
上述步骤4)中铝锭加入用金属液的热量即可将其熔化，无需额外加热，也即铝锭的加入有降温的功能，这样不仅能提高效率，而且能进一步减免烧损和氧化，更好的保证产品的洁净程度。
申请人经研究发现，上述将铝锭分步骤加入，可进一步避免烧损和氧化，进而保证了所得产品的洁净程度，使其使用性能得到更好的保证。
为了进一步提高所得产品的使用性能，优选，步骤2)为将60-65％的铝锭加入电磁感应炉内熔化；步骤3)为将步骤2)所得物料升温到1120±20℃后，加入铝铌合金熔化，铝铌合金的加入时间≤5min。
为了提高所得产品的细度，优选，步骤4)降温到740℃后，进行步骤5)；步骤5)中反应时间≤15min。
为了进一步提高所得产品的纯度，步骤6)中；除酸水的温度为850℃；加入轻质碳酸钙除沫、清渣，轻质碳酸钙的质量用量为铝锭质量的0.2-0.9％；清渣结束后转炉至浇铸炉，温度到800℃时开始精炼除气，精炼时间为20-25分钟，氩气压力为0.1-0.3Mpa。
上述铝铌硼中间合金作为铝或铝合金细化剂使用时，其质量用量为铝或铝合金质量的0.2-0.3％。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明铝铌硼中间合金，结构均匀、细度小、杂质含量极低，可有效避免金属烧损，从而保证合金内部清洁度，降低氧化杂质，同时能使后期铸件的综合力学性能得到明显的提升；制备方法简单、易操作，且能有效避免金属烧损，从而保证合金内部清洁度，使中间合金的使用性能得到保证；使用时，用量少、对铸件的改善效果明显。
附图说明
图1为实施例1所得铝铌硼中间合金的内部组织图；
图2为实施例2所得铝铌硼中间合金的内部组织图；
图3为实施例1细化前纯铝组织图；
图4为实施例1中TP-1法细化后的铝合金的组织图；
图5为图4显微镜下放大100倍的示意图；
图6为实施例1中KBI环模法细化后的铝合金的组织图；
图7为图6显微镜下放大100倍的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
铝铌硼中间合金包括铌2.8％、硼0.3％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。
上述铝铌硼中间合金制备方法如下：
1)将1100kg铝锭(99.97％)投入电磁感应炉进行熔化，熔化结束后进行升温；
2)温度到1120℃后加入91.5kg铝铌60中间合金(Nb：60％wt)进行熔化，铝铌60中间合金的加入时间为5min，熔化完全后再加入700kg铝锭(99.97％)进行熔化降温；
3)降温到740℃后加入69.2kg氟硼酸钾(B：8.5％)反应13min，然后升温到850℃倾倒酸水渣，倾倒结束后加入10KG轻质碳酸钙清渣；
4)清渣结束后转炉至浇铸炉，温度到800℃时开始精炼除气，精炼时间为23分钟，氩气压力为0.2Mpa；
5)精炼结束后捞渣，进行连铸连轧，即得铝铌硼中间合金。
由图1可明显看出，上述铝铌硼中间合金细度小、合金内部清洁度高、铝无烧损、杂质含量极低、组织均匀。
按照GB7963-87方法，测试上述铝铌硼中间合金的抗拉强度为157N/mm2，断后伸长率为27％。
用上述产品对纯铝(20000μm)细化，每1000kg纯铝加入2kg的铝铌硼中间合金，细化后产品的晶粒度达到1级(小于160μm)(TP-1显微镜下放大100倍，平均晶粒152μm；KBI环模法显微镜下放大100倍，平均晶粒156μm)，内部组织清晰无污染，无膨化物等的集聚，抗拉强度提升率为61.2％。
实施例2
铝铌硼中间合金包括铌3％、硼0.2％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。
上述铝铌硼中间合金制备方法如下：
1)将1100kg铝锭(99.97％)投入电磁感应炉进行熔化，熔化结束后进行升温；
2)温度到1120℃后加入97.14kg铝铌60中间合金(Nb：60％wt)进行熔化，铝铌60中间合金的加入时间为5min，熔化完全后再加入700kg铝锭(99.97％)进行熔化、降温；
3)降温到740℃后加入45.71kg氟硼酸钾(B：8.5％)反应14min，然后升温到850℃倾倒酸水渣，倾倒结束后加入10KG轻质碳酸钙清渣；
4)清渣结束后转炉至浇铸炉，温度到800℃时开始精炼除气，精炼时间为24分钟，氩气压力为0.2Mpa；
5)精炼结束后捞渣，进行连铸连轧，即得铝铌硼中间合金。
由图1可明显看出，上述铝铌硼中间合金细度小、合金内部清洁度高、铝无烧损、杂质含量极低、组织均匀。
按照GB7963-87方法，测试上述铝铌硼中间合金的抗拉强度为156N/mm2，断后伸长率为26％。
用上述产品对纯铝(20000μm)细化，每1000kg纯铝加入2kg的铝铌硼中间合金，细化后产品的晶粒度达到1级(小于160μm)(TP-1显微镜下放大100倍，平均晶粒154μm；KBI环模法显微镜下放大100倍，平均晶粒158μm，所得图与实施例1的图目视无差别，因此不重复提供)，内部组织清晰无污染，无膨化物等的集聚，抗拉强度提升率为60.4％。

Claims (6)

1.一种铝铌硼中间合金的制备方法，其特征在于：铝铌硼中间合金包括铌2.0-3.5％、硼0.2-0.4％和余量的铝，百分比为质量百分比；
铝铌硼中间合金的制备方法，包括如下步骤：
1)根据目标产物中元素的含量计算所需铝锭、铝铌合金和氟硼酸钾的质量配比；
2)将60-65％的铝锭熔化；
3)将步骤2)所得物料升温后，加入铝铌合金熔化；
4)将剩余的铝锭加入步骤3)所得的物料中熔化、降温；
5)将步骤4)所得物料中加入氟硼酸钾进行反应；
6)将步骤5)所得物料除酸水、除沫、清渣、脱气、捞渣、连铸连轧，即得；
步骤2)为将60-65％的铝锭加入电磁感应炉内熔化；
步骤3)为将步骤2)所得物料升温到1120±20℃后，加入铝铌合金熔化，铝铌合金的加入时间≤5min；
步骤4)降温到740℃后，进行步骤5)；
步骤5)中反应时间≤15min；
步骤6)中，除酸水的温度为850℃；加入轻质碳酸钙除沫、清渣，轻质碳酸钙的质量用量为铝锭质量的0.2-0.9％；清渣结束后转炉至浇铸炉，温度到800℃时开始精炼除气，精炼时间为20-25分钟，氩气压力为0.1-0.3MP a。
2.如权利要求1所述的铝铌硼中间合金的制备方法，其特征在于：铝铌硼中间合金包括铌2.4-3.2％、硼0.2-0.4％和余量的铝，前述百分比为质量百分比。
3.如权利要求1或2所述的铝铌硼中间合金的制备方法，其特征在于：所用原料包括铝锭、铝铌合金和氟硼酸钾。
4.如权利要求3所述的铝铌硼中间合金的制备方法，其特征在于：铝锭的纯度不小于99.7％wt，铝铌合金中铌的质量含量为50-70％wt，氟硼酸钾中硼的质量含量为8.0-8.5％wt。
5.如权利要求4所述的铝铌硼中间合金的制备方法，其特征在于：铝锭的纯度为99.97％wt，铝铌合金中铌的质量含量为60％wt，氟硼酸钾中硼的质量含量为8.0-8.5％wt。
6.权利要求 1-5任意一项所得的铝铌硼中间合金的应用，其特征在于：作为铝或铝合金细化剂，其质量用量为铝或铝合金质量的0.2-0.3％。
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