CN109280786A - 一种铝钨中间合金及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝钨中间合金及其制备方法,该方法简单实用有利于产业化的实现,所制备的Al‑W中间合金中钨的质量百分比为1‑10%,合金中的第二相分布均匀,纯净度较高。制备工艺包括有原材料的配制,铝锭熔化/铝液转入、含钨物质的处理、加入、合金化、精炼处理及浇铸过程。即先将钨棒、钨块或钨丝中的一种或几种与助熔剂进行混合处理,将铝锭投入电炉内熔化或转入提前熔化的铝液,当铝液温度为700‑1300℃时,利用加料装置将原材料加入熔体中,利用电磁感应涡流效应使金属钨在低温铝合金液中快速熔解,均匀化处理后在700‑1300℃时浇铸成铸锭,得到铝钨中间合金。
Description
技术领域
本发明属于中间合金领域,涉及铝钨中间合金,尤其是一种铝钨中间合金及其生产方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
含钨铝合金是国内新开发的一种特种高强铝合金新型结构材料,其兼备了钨的耐高温性、热膨胀系数低和铝的轻质、抗氧化性及良好的加工性等优点,是很有发展前景的特种合金材料,有望成为新一代合金装甲材料和航空航天发动机结构材料。
因钨是难熔金属,其熔点为3380℃,而铝熔点为660℃,不能形成共熔,所以不能直接添加至合金中,导致含钨铝合金只能通过其他手段制备。目前,含钨铝合金构件产品,只能先通过机械合金化合成Al-W的超固溶体合金粉末,然后采用粉末冶金工艺或粉末压制工艺来制造加工。但这两种工艺都存在明显的缺点:通过粉末冶金烧结而成的产品内部总是有孔隙,密度达不到产品的性能要求;而通过粉末压制的方式又难以成形零件比较复杂的产品,所以这两种方法难以在工业生产中得到具体应用,因此需要开发一种低熔点的含钨铝中间合金。
铝钨中间合金是由铝元素、钨元素组成的二元中间合金,主要用于铝合金中钨元素的的添加,其具有加入温度低,钨元素含量稳定等优点,这是未来铝合金新材料及高性能部件发展基础性材料。
专利CN1243842C公开了一种铝钨系中间合金及其制备方法,按重量百分比计,其成分为:10~75钨、0~75铌、0~75钼、0~20钛、铝余量。制备可以采用炉外点火冶炼法:原料烘干温度70~80℃,采用镁屑点火方式冶炼,配料时以氯酸钾KClO3为催化剂,加入量为原料总重量的3.3%或6%,配料时加入配料渣子,加入量为原料总重量的5-15%。常规步骤,经烘干、砌炉、按所述配比取WO31kg,Nb2O51.010kg,Al0.88kg,CaF20.5kg配料(其中CaF2为造渣剂)、均匀混料、装炉、冶炼、冷却、启炉、称重、精整、破碎、磁选、包装;亦可采用中频炉熔化法:按所述配比配料时加入防氧化剂和助熔剂,防氧化剂加入量为原料总重量的3~10%,助熔剂加入量为原料总重量的3~10%;控制温度在3000~3600℃。步骤为:取W28kg,Nb26kg,Al46%,W2O35kg,KClO33kg,配料、混料、装炉、升温、控制温度在3000~3600℃,至熔化完全,将熔化的合金倒入模具中自然冷却至室温,启锭,打去表面的氧化膜,破碎、磁选、包装。
上述专利中两种生产方法均为铝热还原法生产铝钨系中间合金,为钛合金使用,其熔点高,在铝钨合金熔炼过程中不能正常熔化使用;含其它如铌、钼、钛等元素,对铝合金来说可能是杂质元素,影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种铝合金用铝钨中间合金。
本发明的另一目的是提供该中间合金的生产方法,利用该方法和工艺能有效控制合金中钨元素的均匀性、纯净度。该合金使用方法简单、无污染、添加调整方便,在较短的时间内达到最佳的使用效果,有利于产品的质量控制,满足性能优异铝合金特别是航空航天、军工用等特种铝合金材料生产需要。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种铝钨中间合金的制备方法,其按以下步骤进行:
步骤A,配制铝原料;
根据所需制备的目标Al-W中间合金成分来选取铝料;所述的铝料为纯度为99.7%-99.95%的工业纯铝或高纯铝锭。
步骤B,配制钨原料;
根据所需制得的目标Al-W中间合金成分来选取钨料;所述的钨料可以是钨块、钨棒或钨丝的一种或几种组合,将钨棒、钨块或钨丝中的一种或几种与助熔剂进行混合处理。
步骤C,熔炼制铝液;
将步骤A配制的铝料加入电炉熔化成铝液,在铝液温度达到700-800℃条件下,加入精炼剂,制得精制铝液。
步骤D,在700-1300℃时,将步骤B配制的钨料分批加入步骤C制得的精制铝液中。
步骤E,保持精制铝液温度为700-1300℃,
步骤F,在上述铝熔体中施加交变磁场,利用电磁感应涡流效应,促使金属钨在低温铝液中快速充分熔化。交变磁场施加时间为30-60分钟,交变磁场频率为200-2500HZ。
步骤G,保持铝钨合金液温度为700-1300℃,均匀化5-10分钟制得成分均匀的铝钨合金液。
步骤H,将步骤G制得的铝钨合金液在700-1300℃下,浇铸制备Al-W中间合金。
本发明的优点和有益效果:
(1)本发明通过使用的助熔剂、增加磁场促使金属钨可以在低温铝液中快速熔解,实现了在低温下熔炼Al-W中间合金的目的。助熔剂氟铝酸钾:浸蚀金属表面,加快软化、熔解。氟硅酸钾:增强助熔剂与金属粘结性,加强助熔效果。
氯化钠、氟化钠:降低助熔剂熔点,在低温环境下即可达到较好的助熔效果。此助熔剂特点是助熔剂与金属物质粘结性好,在金属表面保留时间长,因此可持续的达到较好的助熔效果。
(2)本发明铝钨中间合金熔点约为700-750℃,钨熔点约为3380℃,可见中间合金熔点远低于金属单质熔点,采用本发明制备铝钨中间合金,在铝合金的熔炼过程中将钨元素以中间合金的方式加入,使铝合金的熔炼过程稳定,生产的铝钨合金锭也不易出现偏析、钨夹渣等缺陷。
(3)本发明铝钨中间合金,在700-750℃左右铝液中即可快速熔化,使铝钨合金熔炼时间大大缩短,降低了熔炼温度。
(4)本发明过程简单,无需特殊设备,成本低,铸锭成型好。
附图说明
图1为本发明利用电炉制备Al-W中间合金的流程图。
图2为实施例1制得Al-W2.5中间合金显微组织图。
图3为实施例1制得Al-W2.5中间合金外观图。
具体实施方式
实施例1:AlW2.5中间合金
步骤A,配制铝原料;
根据所需制备的目标Al-W中间合金成分来选取铝料;所述的铝料为纯度为99.7%的工业纯铝;
步骤B,配制钨原料;
根据所需制得的目标Al-W中间合金成分来选取钨料;所述的钨料可以是钨丝,将钨丝与助熔剂进行混合处理;所述的助熔剂组分及质量百分含量为:
氟铝酸钾:50%
氟硅酸钾:30%
氯化钠:10%
氟化钠:10%
所述的钨丝与助熔剂的重量比是:3:97。
将助熔剂进行混合,然后将钨丝与助熔剂进行混合。钨丝的直径为3~4mm,助熔剂研磨成20目的粉末。
步骤C,熔炼制铝液;
将步骤A配制的铝料加入电炉熔化成铝液,在铝液温度达到700-800℃条件下,加入精炼剂,制得精制铝液;
步骤D,在900±5℃时,将步骤B配制的钨料分批加入步骤C制得的精制铝液中;
步骤E,保持精制铝液温度为900±5℃。
步骤F,在上述铝熔体中施加交变磁场,交变磁场施加时间为30分钟,交变磁场频率为1000HZ
步骤G,保持铝钨合金液温度为900±5℃,均匀化5分钟制得成分均匀的铝钨合金液;
步骤H,将步骤G制得的铝钨合金液在900±5℃下,浇铸制备AlW2.5中间合金。
将实施例1制得的铝钨中间合金标记为AlW2.5,其检测结果如下:
注:杂质中单个元素为V,Ti,Mn,Cr。
经实例1的制备方法制得的Al-W2.5中间合金,在浇铸的前期、中期、后期取样分析,其中钨元素的质量百分比为:浇铸前期钨2.45%,浇铸中期钨2.56%,浇铸后期钨2.75%,偏析度较小(2.45%-2.75%)。
经实施例1的制备方法制得的Al-W2.5中间合金,其显微组织如图2所示,合金中中第二相分布弥散、大致均匀。
经实施例1的制备方法制得的Al-W2.5中间合金,其外观如图3所示,铸锭为银白色,成型较好。
实施例2:AlW10中间合金
步骤A,配制铝原料;
根据所需制备的目标Al-W中间合金成分来选取铝料;所述的铝料为纯度为99.7%的工业纯铝;
步骤B,配制钨原料;
根据所需制得的目标Al-W中间合金成分来选取钨料;所述的钨料可以是钨丝,将钨丝与助熔剂进行混合处理;所述的助熔剂组分及质量百分含量为:
氟铝酸钾:50%
氟硅酸钾:30%
氯化钠:10%
氟化钠:10%
所述的钨丝与助熔剂的重量比是:5:95。将助熔剂进行混合,然后将钨丝与助熔剂进行混合。钨丝的直径为3~4mm,助熔剂研磨成20目的粉末。
步骤C,熔炼制铝液;
将步骤A配制的铝料加入电炉熔化成铝液,在铝液温度达到700-800℃条件下,加入精炼剂,制得精制铝液;
步骤D,在1300±5℃时,将步骤B配制的钨料分批加入步骤C制得的精制铝液中;
步骤E,保持精制铝液温度为1300±5℃。
步骤F,在上述铝熔体中施加交变磁场。交变磁场施加时间为60分钟。交变磁场频率为2500HZ。
步骤G,保持铝钨合金液温度为1300±5℃,均匀化10分钟制得成分均匀的铝钨合金液;
步骤H,将步骤G制得的铝钨合金液在1100±℃下,浇铸制备AlW10中间合金。
将实施例2制得的铝钨中间合金标记为AlW10,其检测结果如下:
经实例2的制备方法制得的AlW10中间合金,在浇铸的前期、中期、后期取样分析,其中钨元素的质量百分比为:浇铸前期钨9.86%,浇铸中期钨10.02%,浇铸后期钨10.33%,偏析度较小(9.86%-10.33%)。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铝钨中间合金,其特征在于:铝钨中间合金中W的质量百分含量为2-10%、Fe的质量百分含量为0.01-0.3%、Si的质量百分含量为0.01-0.3%、杂质的质量百分含量为小于0.15%、余量为Al。
2.一种权利要求1所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤A,先将钨料与助熔剂混合;
步骤B,在700-1300℃时,将钨料与助熔剂分批加入铝液中;
步骤C,保持铝液精制温度为700-1300℃,对铝液施加交变磁场;
步骤D,保持铝钨合金液温度为700-1300℃,均匀化处理制得成分均匀的铝钨合金液;
步骤E,将步骤D制得的铝钨合金液在700-1300℃下,浇铸制备Al-W中间合金,浇铸时模具温度控制在小于300℃。
3.根据权利要求2所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:所述的钨料为钨棒、钨块或钨丝中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求2所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:所述的钨料与助熔剂的重量比为5~7:93~95。
5.根据权利要求2或4所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:所述的助溶剂的组分及质量百分含量为:
氟铝酸钾:50-55%
氟硅酸钾:30-35%
氯化钠:10-15%
氟化钠:5-10%。
6.根据权利要求2所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:所述的交变磁场为中频交变磁场。
7.根据权利要求2或6所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:交变磁场的施加时间为30-60分钟,交变磁场频率为200-2500HZ。
8.根据权利要求2所述的铝钨中间合金的制备方法,其特征在于:步骤D均匀化处理5-10分钟。
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