CN110951983A - 一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有色金属制备领域，涉及一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法。本发明的工艺方法包括以下步骤：(1)合金液成分控制：将2618合金熔体中的钛含量控制在0.00～0.09wt.％范围内；(2)变质处理：采用0.5wt.％Al‑5Ti‑B对Ti含量为0.0～0.09wt.％的2618铝合金熔体进行变质处理。(3)铸态晶粒组织细化效果最佳时合金液中的钛含量及变质工艺为：熔体中钛含量为0.05wt.％、Al‑5Ti‑B变质剂加入量为0.5wt.％。本发明提供了一种效果很好的细化2618铝合金铸态晶粒组织的工艺方法，具有很好的工业应用前景。

Description

一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法
技术领域
本发明属于有色金属材料制备加工领域，涉及一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法。
背景技术
2618铝合金是一种可热处理强化的Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝。在该合金中，Fe和Ni元素生成了难溶相Al9FeNi，可有效控制合金的晶粒尺寸。在高温下Al9FeNi相对2618铝合金的变形起阻碍作用，提高了该合金在热暴露条件下的微观组织稳定性；人工时效过程中析出的半共格Al2CuMg相使该合金的耐热性能得到了极大的提高。因此，2618铝合金被广泛应用于150℃以上的高强度重要承力构件。
一般来说，细化合金晶粒组织是提高合金强韧性的重要途径之一。科技工作者和工业上常采用变质处理来细化合金的晶粒组织，从而得到满足性能要求的合金。目前，全球大约百分之八十左右的铝制品在其铸造程中都采用Al-5Ti-B这种合金进行变质处理。2618铝合金属于变形铝合金，控制该合金晶粒组织的技术手段较多，比如微合金化、优化变形工艺参数和形变热处理等。2618铝合金的铸态晶粒组织对其最终组织和力学性能具有较大的影响，但有关变质处理对2618铝合金铸态晶粒组织的影响研究报道很少，有必要对其进行系统研究。
本发明通过研究2618铝合金熔体中钛元素含量对Al-5Ti-B变质处理2618铝合金铸态晶粒组织的影响，得到一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的工艺方法，可为该合金的实际生产提供理论指导，具有很好的工业应用前景。
发明内容
为了解决细化2618铝合金铸态晶粒组织的问题，本发明先通过控制2618铝合金熔体中的钛元素含量，然后采用较少量的Al-5wt.％Ti-B变质剂对2618铝合金进行变质处理，能明显细化2618铝合金的铸态晶粒组织。成本低廉、操作简便易行、变质处理效果明显。
2618铝合金熔体的其化学成分(质量分数)为：
Cu 1.9～2.5，Mg 1.4～1.8％，Ni 1.0～1.5％，Fe 1.0～1.5％，Si<0.35％、Mn<0.2％，其它杂质含量<0.1％，其余为铝。
本发明所述的“一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的工艺方法”，具体操作步骤包括：
1、采用Al锭、Mg锭、Al-10wt.％Fe、Al-10wt.％Ti、Al-10wt.％Ni、Al-50wt.％Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为740-760℃，保温时间为15-18min；采用熔体质量0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6质量比＝6:9:5)对熔体进行保护和采用熔体质量0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
2、控制2618铝合金熔体中钛元素的含量为0.0-0.09wt.％；优选为：钛含量为0.05wt.％。
3、向步骤2含Ti的2618铝合金熔体加入熔体质量0.5wt.％的Al-5Ti-B变质剂进行变质处理，变质温度为750℃，变质时间3～5分钟；
4、将变质处理后的2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中，自然冷却，制得细化2618铝合金。
本发明的目的是：采用Al-5Ti-B变质剂对不含钛的2618铝合金进行变质处理时，变质剂加入量对合金的细化效果影响较大，即Al-5Ti-B变质剂加入量为1.5wt.％时，变质细化效果最佳。而Al-5Ti-B变质剂价格较贵，变质时加入量较多，不利于工业化生成时成本控制。所以，如何显著降低Al-5Ti-B变质剂使用量，仍能达到等同或更佳的细化效果，是本发明着重需要解决的技术问题。
本发明发现在2618铝合金熔体中，先加入很少量的钛元素(小于0.09wt.％)，虽然钛元素是变质元素，但在本发明中，由于先加入的钛元素含量极小，达不到包晶反应时临界含量，无法发生包晶反应，所以本发明先加入的钛元素，起不到变质细化的作用，且并非钛含量越大越好。在含有0.05wt.％钛的2618铝合金的基础上加入Al-5Ti-B变质剂，发现仅需加入0.5wt.％Al-5Ti-B就能达到最佳细化效果。不仅在成本上得到降低，而且对于铝合金的变质细化研究取得突破性进展。
附图说明
图1是对比实施例1制备的2618铝合金显微组织照片。
图2是对比实施例2制备的2618铝合金显微组织照片。
图3是实施例1制备的2618铝合金显微组织照片。
图4是实施例2制备的2618铝合金显微组织照片。
图5是实施例3制备的2618铝合金显微组织照片。
具体实施方式
现在结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明：
对比实施例1
1.采用Al锭、Mg锭、Al-10wt.％Fe、Al-10wt.％Ni、Al-50wt.％Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为750℃，保温时间为15min；
2. 2618合金熔体中不含钛元素；2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：Cu：2.34、Mg：1.61、Fe：1.12、Ni：1.13，杂质元素含量小于0.2，余为Al。
3.对上述铝合金熔体采用熔体质量0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6质量比＝6:9:5)进行保护和采用熔体质量0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
4.对铝合金熔体采用熔体质量1.5wt.％Al-5Ti-B变质剂进行5min变质处理；
5.将变质处理的2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中自然冷却，制得变质2618铝合金。
变质后合金的显微组织如图1所示，变质2618铝合金平均晶粒尺寸为16.2μm，经过变质剂加入量对合金晶粒组织影响的研究后可知，Al-5Ti-B变质剂加入量为1.5wt.％时，变质效果最好。
对比实施例2
1.采用Al锭、Mg锭、Al-10wt.％Fe、Al-10wt.％Ni、Al-50wt.％Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为750℃，保温时间为15min；
2. 2618合金熔体中不含钛元素；2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：Cu：2.35、Mg：1.60、Fe：1.13、Ni：1.12，杂质元素含量小于0.2，余为Al。
3.对上述铝合金熔体采用0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6＝6:9:5)进行保护和采用0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
4.对上述铝合金熔体采用铝合金熔体质量0.5wt.％Al-5Ti-B变质剂进行5min变质处理；
5.将变质处理的2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中，制得变质2618铝合金。
变质后合金的显微组织如图2所示，变质2618铝合金平均晶粒尺寸为20.8μm，合金的晶粒尺寸明显大于对比实施例1。
实施例1
1.采用Al锭、Mg锭、Al-10wt.％Fe、Al-10wt.％Ti、Al-10wt.％Ni、Al-50wt.％Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为750℃，保温时间为15min；
2.控制2618铝合金熔体中钛元素含量为0.025wt.％；2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：Cu：2.33、Mg：1.62、Fe：1.11、Ni：1.12、Ti：0.025，杂质元素含量小于0.2，余为Al。
3.对上述铝合金熔体采用0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6＝6:9:5)进行保护和采用0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
4.采用铝合金熔体质量的0.5wt.％Al-5Ti-B变质剂对该合金熔体进行5min变质处理；
5.将变质处理的2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中，制得变质2618铝合金。
变质后合金的显微组织如图3所示，变质2618铝合金平均晶粒尺寸为17.7μm，变质效果比对比实施例2好，比对比实施例1稍差一些。
实施例2
1.采用Al锭、Mg锭、Al-10wt.％Fe、Al-10wt.％Ti、Al-10wt.％Ni、Al-50wt.％Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为750℃，保温时间为15min；
2.控制2618铝合金熔体中钛元素含量为0.050wt.％；
2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：Cu：2.33、Mg：1.62、Fe：1.11、Ni：1.12、Ti：0.05，杂质元素含量小于0.2，余为Al。3.对上述变质处理的铝合金熔体采用0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6＝6:9:5)进行保护和采用0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
4.采用0.5wt.％Al-5Ti-B变质剂对该合金熔体进行5min变质处理；
5.将上述变质2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中，制得变质2618铝合金。
变质后合金的显微组织如图4所示，变质2618铝合金平均晶粒尺寸为16.5μm，变质效果好于实施例1，与对比实施例1基本相当，明显好于对比实例2。
对比实施例1中加入了1.5％Al-5Ti-B，而本实施例中仅加入0.5wt.％Al-5Ti-B。本实施例相比于对比实施例1具有的优势如下：
1)本实施例中Al-5Ti-B变质剂加入量明显减少，仅为对比实例1变质剂加入量的三分之一；
2)向2618铝合金熔体中加入的Al-10Ti中间合金价格明显低于Al-5Ti-B变质剂，因此在合金中总钛含量相同的情况下，本发明具有明显的成本优势；
3)2618铝合金熔体中的钛含量严重影响Al-5Ti-B对2618铝合金的变质效果，当熔体中含有0.050wt.％Ti时，仅需0.5wt.％Al-5Ti-B就能使2618合金得到特别明显的变质效果。
在合金的熔炼过程中加入少量Al-10Ti中间合金时，Al3Ti颗粒将完全溶解于2618铝合金液中。向含钛的2618铝合金熔体中加入Al-5Ti-B进行变质处理时，变质剂中Al3Ti颗粒将会发生不同程度的溶解和熔断，残留的及熔断的Al3Ti颗粒可作为初生α-Al相的异质形核核心，使2618铝合金的铸态晶粒组织细化。但是，当熔体中的钛含量增加到0.075wt.％时，由于合金熔体中钛含量过多，后续加入的变质剂中Al3Ti颗粒很难发生溶解和熔断，熔体中钛原子反而会向Al3Ti颗粒和TiB2表面包覆形成粗大的Al3Ti颗粒，由于初生α-Al相形核核心数量减少，最终造成2618铝合金晶粒尺寸变大。
实施例3
1.采用Al锭、Mg锭、Al-10Fe、Al-10Ti、Al-10Ni、Al-50Cu为原料，在SG2-3-12型坩埚电阻炉中进行熔炼得到2618铝合金熔体，熔炼温度为750℃，保温时间为15min；
2.控制2618铝合金熔体中钛元素含量为0.075wt.％；
2618铝合金熔体的化学成分为(wt.％)：Cu：2.35、Mg：1.61、Fe：1.12、Ni：1.12、Ti：0.075，杂质元素含量小于0.2，余为Al。
3.对上述变质处理的铝合金熔体采用0.2wt.％覆盖剂(NaCl:KCl:Na3AlF6＝6:9:5)进行保护和采用0.1wt.％C2Cl6进行熔体除气除渣；
4.采用2618铝合金熔体质量0.5wt.％Al-5Ti-B变质剂对该合金熔体进行5min变质处理；
5.将上述变质2618铝合金熔体浇注到室温金属型模具中，制得变质2618铝合金。
变质后合金的显微组织如图5所示，变质2618铝合金平均晶粒尺寸为17.9μm，变质效果比实施例2差，结果表明实施例2效果最佳。由此说明，2618合金熔体中的钛含量并不是越多越好，钛含量过高，Al-5Ti-B的变质效果反而更差。如果钛元素含量高于0.09wt.％，甚至超过0.1wt.％，其变质效果会更差。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法，其特征在于，所述方法包括：控制2618合金熔体中的钛含量，采用Al-5wt.％Ti-B对含钛2618铝合金熔体进行变质处理，达到细化合金铸态晶粒组织的目的。
2.根据权利要求1所述的细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法，其特征在于，控制2618铝合金溶体中的钛元素含量为0.00～0.09wt.％。
3.根据权利要求1所述的细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法，其特征在于，控制2618铝合金溶体中的钛元素含量为0.05wt.％。
4.根据权利要求3所述的细化2618铝合金铸态晶粒组织的方法，其特征在于，变质处理时，Al-5wt.％Ti-B加入量为含钛2618铝合金熔体质量的0.5wt.％。
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