CN109536787A - Al-Er-Zr中间合金细化剂 - Google Patents

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于海跃
黄晖
文胜平
贾延琳
高坤元
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Abstract

Al‑Er‑Zr中间合金细化剂，属于晶粒细化技术领域。所制备的Al‑Er‑Zr中间合金中铒与锆的质量百分比同在0.5～5％。将该成分配比的中间合金在300℃‑550℃范围内热处理。本发明由于采用稀土元素Er与Zr元素的相互作用，通过热处理工艺析出第二相，使得制备的Al‑Er‑Zr中间合金对纯铝及其合金晶粒细化效果明显。

Description

Al-Er-Zr中间合金细化剂
技术领域
本发明属于铝中间合金的制备及其使用领域，特别是一种用于铝及铝合金的晶粒细化剂。
背景技术
近年来，随着铝合金的应用范围越来越广，在合金领域使用比例不断攀升，对铝合金性能要求也更加严格与苛刻。铝及其合金若想要得到优异的综合力学性能与加工性能，首要条件就是要得到元素成分分布均匀、组织结构均匀、缺陷少的铝及合金锭，这是确保后续加工产品质量的前提。而铝合金的晶粒细化处理，可以使铸锭得到细小而均匀的晶粒，而这种等轴的细晶组织更是铝合金最理想的铸锭组织，它可以使铸锭中的缺陷大大降低(例如：消除缩松缩孔、降低热裂的倾向、减少偏析、改善铸件凝固过程中的补缩、消除或更好地分散疏松等)。这样得到的材料强度和韧性都会提高，减少在后续冷热加工的废品的概率。工业上最广泛使用的晶粒细化剂是Al-5Ti-1B，其中的TiB2与Al3Ti颗粒为铝提供形核位点，使晶粒尺寸细化。但是不熔TiB2颗粒在使用过程中会出现大量的聚集沉淀，使细化效果不稳定，在高端铝合金产品中，TiB2粒子会造成针孔、裂纹等缺陷，影响后期使用质量。
本发明为制备含稀土Er元素,Zr元素的中间合金细化剂，通过热处理工艺使得Er、Zr元素相互作用，得到析出相对铝及其合金产生细化晶粒的效果。
发明内容
本发明的目的是制备一种以铝为基体含稀土元素Er和Zr元素的中间合金细化剂，热处理后，添加至纯铝或铝合金中，对晶粒尺寸细化效果明显，不会像Al-Ti-B细化剂一样，对Mn、Cr、Zr元素产生“毒化”现象，也不会在后期产品中出现由TiB2粒子引起的各种缺陷。
本发明制备的Al-Er-Zr中间合金细化剂，其特征在于，Er的质量百分比为0.5～5％，Zr的质量百分比为0.5～5％，余量为Al；将中间合金在300℃-550℃范围内热处理析出第二相，得到细化剂；在铝及其合金熔炼过程中添加，对晶粒尺寸的细化效果明显。
上述的热处理时间为1-200h，在300℃-550℃的温度范围内温度越高热处理的时间越短，温度越低热处理的时间越长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
制备含Er元素质量百分比为0.5～5％，Zr元素的质量百分比为0.5～5％的Al-Er-Zr中间合金。随后对该成分范围内的中间合金进行热处理，热处理温度范围为300℃-550℃。
实施例1：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr中间合金进行细化效果实验。在400℃下，等温时效处理20小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为1400μm。
对比例1：710℃熔融纯铝2Kg，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到纯铝的晶粒尺寸平均为4-5mm。
对比例2：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr铸态中间合金(不进行热处理)进行细化效果实验。铸态下中间合金添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间铸态合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为2000μm。
实施例2：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr中间合金进行细化效果实验。在400℃下，等温时效处理72小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为800μm。
实施例3：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr中间合金进行细化效果实验。在300℃下，等温时效处理120小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为900μm。
实施例4：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr中间合金进行细化效果实验。在450℃下，等温时效处理8小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为750μm。
实施例5：通过以上步骤制得的Al-0.5Er-0.5Zr中间合金进行细化效果实验。在550℃下，等温时效处理3小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-0.5Er-0.5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为800μm。
实施例6：通过以上步骤制得的Al-1Er-1Zr中间合金进行细化效果实验。在300℃下，等温时效处理2小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-1Er-1Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为1050μm。
实施例7：通过以上步骤制得的Al-1Er-1Zr中间合金进行细化效果实验。在550℃下，等温时效处理2小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-1Er-1Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为750μm。
实施例8：通过以上步骤制得的Al-2Er-1Zr中间合金进行细化效果实验。在350℃下，等温时效处理2小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-2Er-1Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为950μm。
实施例9：通过以上步骤制得的Al-5Er-5Zr中间合金进行细化效果实验。在300℃下，等温时效处理2小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-5Er-5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为1250μm。
实施例10：通过以上步骤制得的Al-5Er-5Zr中间合金进行细化效果实验。在450℃下，等温时效处理2小时，添加到710℃熔融的2Kg纯铝液中，Al-5Er-5Zr中间合金加入量为5％，加入后搅拌10s，保温3min后再次搅拌10s，使用预热至200-300℃的模具，提取200g熔融铝液，冷却至室温。得到晶粒尺寸平均为1100μm。

Claims (3)

1.一种Al-Er-Zr中间合金细化剂，其特征在于，Er的质量百分比为0.5～5％，Zr的质量百分比为0.5～5％，余量为Al；将中间合金在300℃-550℃范围内热处理析出第二相，得到细化剂。
2.按照权利要求1所述的一种Al-Er-Zr中间合金细化剂，其特征在于，热处理时间为1-200h。
3.权利要求1所述的一种Al-Er-Zr中间合金细化剂的应用，用于在铝或铝合金熔炼过程中添加，实现晶粒尺寸的细化。
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