CN111020267A - 一种固态铅金属的晶粒细化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态铅金属的晶粒细化剂，通过将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照一定的质量百分比进行配置，然后通过混料装置对一定配比的铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉混合料进行混合均匀，在将混合均匀的混合物料放入烘干设备中烘干干燥，干燥后的混合物料通过中频炉进行高温熔炼，加热至半融化状态时将提前配比好的TiB2粉加入到中频炉中混合再加热，最后将完全熔化的混合液用机械搅拌均匀后倒入到指定的低碳钢模具中，经冷却设备冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂。本发明解决了现有的铅金属生产时没有晶粒细化剂的问题,晶粒细化剂的添加使得制得的铅合金铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能均能满足需求，使生产出的铅合金实用性能更好。

Description

一种固态铅金属的晶粒细化剂
技术领域
本发明涉及晶粒细化剂制备技术领域，具体为一种固态铅金属的晶粒细化剂。
背景技术
随着金属材料的广泛使用和飞速发展，各种后续深加工工艺对金属组织提出了更高的要求，根据Hal+petch公式:R= R0+ kd-½，其中R是应变量的屈服应力，R0是移动单个位错所需的克服点阵摩擦的力，k是常数，d是平均晶粒尺寸，可以看出，材料的屈服强度与晶粒尺寸倒数的平方根成正比，因此，晶粒细化既能提高材料的强度，又能提高材料塑性，同时也能显著提高其力学性能，细化晶粒是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法，目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒，细化晶粒的方法按照细化手段可以分为物理和化学两大类，物理方法主要包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法;化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂方法，其中使用最多的是通过添加晶粒细化剂，熔炼时，可以通过向熔体中添加细化剂来形成晶核，使粗大的铸态组织变成细小的等轴晶，实现晶粒细化 ，从而提高合金的铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能，目前，在对铅金属进行晶粒细化时，并没有专门的铅金属细化剂实现对铅金属晶粒的细化，从而无法进一步提高铅合金的铸造性能、物理性能、力学性能和加工性，鉴于此，有必要设计一种固态铅金属的晶粒细化剂，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种固态铅金属的晶粒细化剂，解决了现有的技术无专门用于铅金属晶粒细化的晶粒细化剂，使得制得的铅合金铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能不佳，无法满足市场对于铅合金的需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固态铅金属的晶粒细化剂，包括铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉，
本发明包括以下步骤；
S1：首先，将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照质量百分比的75-85％、10-15％，5-8％、0.4-1.2％的配比进行称量，并将按照该质量百分比称量的各粉料分别放入到指定的储存罐体中；
S2；然后将该配比的铝粉、钛粉、锆粉混合倒入到混料设备中，开启混料设备混合一段时间，使铝粉、钛粉、锆粉混合均匀并排出；
S3：然后将混合均匀的铝粉、钛粉和锆粉的混合物料输送到烘干设备中，开启烘干设备对铝粉、钛粉、锆粉混合物料进行一定时间的烘干；
S4：然后，将烘干后的混合物料倒入到中频炉中加热、在氮气的保护下加热至20-35min，至混合物料的温度呈半融化状态后，将按照配比预先配好的TiB2粉倒入到中频炉中，然后搅拌使加入的TiB2粉分散溶于混合物料中，然后再对混合物料加热15-20min，使混合物料完全融化成液态；
S5：最后的熔融态的混合物料浇筑低碳钢模具中，高温静置5-8min后，通过冷却成型设备对低碳钢模具进行快速冷却，冷却时间在30-50min，使混合物料冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂。
优先的，所述S1中铝粉的粒径≤300μm，钛粉和锆粉的粒径≤70μm，TiB2粉的粒径≤3μm。
优先的，所述S2中混料设备为滚筒式混料机，滚筒式混料机的转速为100 转/分钟，铝粉、钛粉、锆粉在滚筒式混料机内的混合时间为2.0-2.5小时。
优先的，所述S3中烘干设备为长滚筒烘干机，其倾斜度在2.0-4.0％之间，转速在4-7r/min，进气温度≤800℃。
优先的，所述S4中中频炉的额定中频频率为1000HZ、额定功率为600KW、额定温度为1700℃、融化率为3T/H，额定容量为3T。
优先的，所述S5中的冷却成型设备为水冷式模具冷却制冷机，其标准制冷量为93KW，输入功率为25.5KW，温控范围为5-28℃。
本发明提供了一种固态铅金属的晶粒细化剂，具备以下有益效果。
本发明通过将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照一定的质量百分比进行配置，然后通过混料装置对一定配比的铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉混合料进行混合均匀，然后进行烘干干燥后，通过中频炉进行高温熔炼，加热融化成液态，最后将液态熔融的混合液倒入到指定的低碳钢模具中，冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂，该晶粒细化剂在添加到固态铅金属中后能够形成晶核，使粗大的铸态组织变成细小的等轴晶，实现晶粒细化，从而提高最终制得的铅合金的铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能，满足市场对于铅合金的加工需要，本发明的制备方法简单易控，价格便宜，易于实现工业化生产，且制得的晶粒细化剂对铅金属晶体的细化效果明显。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供一种技术方案：一种固态铅金属的晶粒细化剂，包括铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉，
本发明包括以下步骤；
S1：首先，将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照质量百分比的75-85％、10-15％，5-8％、0.4-1.2％的配比进行称量，并将按照该质量百分比称量的各粉料分别放入到指定的储存罐体中；
S2；然后将该配比的铝粉、钛粉、锆粉混合倒入到混料设备中，开启混料设备混合一段时间，使铝粉、钛粉、锆粉混合均匀并排出；
S3：然后将混合均匀的铝粉、钛粉和锆粉的混合物料输送到烘干设备中，开启烘干设备对铝粉、钛粉、锆粉混合物料进行一定时间的烘干，烘干能够便于后期加热，减少加热过程中水蒸气的产生，进而减少融化后的液态物料中含有水及其它杂质，提高制得的晶粒细化剂的洁净度，保证晶粒细化剂能正常发挥细化作用；
S4：然后，将烘干后的混合物料倒入到中频炉中加热、在氮气的保护下加热至20-35min，至混合物料的温度呈半融化状态后，将按照配比预先配好的TiB2粉倒入到中频炉中，然后搅拌使加入的TiB2粉分散溶于混合物料中，然后再对混合物料加热15-20min，使混合物料完全融化成液态；
S5：最后的熔融态的混合物料浇筑低碳钢模具中，高温静置5-8min后，通过冷却成型设备对低碳钢模具进行快速冷却，冷却时间在30-50min，使混合物料冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂，通过冷却成型设备进行冷却比现有的自然冷却方式冷却速度更快，效率更高，晶粒细化剂成型效果更好，能够缩短晶粒细化剂制得的时间，提高企业的工作效率。
进一步，S1中铝粉的粒径≤300μm，钛粉和锆粉的粒径≤70μm，TiB2粉的粒径≤3μm，铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉是通过前期在球磨机中研磨获得的，选用粒径≤300μm的铝粉、粒径≤70 μm和的粒径≤3μm的TiB2粉是为了保证混合物料的精细度，使得各物料之间混合的更均匀，融合性更好，进而提高制得的晶粒细化剂的精度，提高最终制得的铅合金的铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能，使其满足市场的需要。
进一步，S2中混料设备为滚筒式混料机，滚筒式混料机的转速为100 转/分钟，铝粉、钛粉、锆粉在滚筒式混料机内的混合时间为2.0-2.5小时，滚筒式混料机具有混合、分散效果好，调整方便、生产稳定的特点，且容量大，功率大，能够实现对铝粉、钛粉、锆粉的均匀混合，混合时间保持在2.0-2.5小时，能够保证物料混合的均匀性。
进一步，S3中烘干设备为长滚筒烘干机，其倾斜度在2.0-4.0％之间，转速在4-7r/min，进气温度≤800℃，选用长滚筒烘干机能够满足大批量混合物料的烘干的要求，并且长滚筒烘干设备干燥速度快，效率高，使用方便。
进一步，S4中中频炉的额定中频频率为1000HZ、额定功率为600KW、额定温度为1700℃、融化率为3T/H，额定容量为3T，选用额定容量为3T的大型中频炉能够满足工业上对于大批量晶粒细化剂的生产需要。
进一步，S5中的冷却成型设备为水冷式模具冷却制冷机，其标准制冷量为93KW，输入功率为25.5KW，温控范围为5-28℃，采用水冷式模具冷却制冷机相比于风冷式模具冷却制冷机，冷却效率更高，冷却速度更快，能够加快晶粒细化剂制备的速度，为企业节省更多的加工时间，从而提高晶粒细化剂的日加工产量，提高企业的经济效益。
工作原理；使用时，首先，将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照质量百分比的75-85％、10-15％，5-8％、0.4-1.2％的配比进行配料，然后将该配比的铝粉、钛粉、锆粉混合倒入到混料设备中，混合一段时间使其均匀，将混合均匀的混合料一并倒入到烘干设备中进行烘干，将烘干后的混合物料倒入到中频炉中加热、在氮气的保护下加热一段时间，至混合物料的温度呈半融化状态后，将按照配比预先配好的TiB2粉倒入到中频炉中，然后搅拌使加入的TiB2粉分散溶于混合物料中，然后再对混合物料加热，使混合物料完全融化成液态，最后的熔融态的混合物料浇铸在低碳钢模具中，高温静置片刻后，通过冷却成型设备对低碳钢模具进行快速冷却，使混合物料冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂。
综上可得，本发明通过将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照一定比例配料后，经过混料、烘干、加热、搅拌、注模和冷却成型处理制得用于固态铅金属的晶粒细化剂，解决了现有的技术无专门用于铅金属晶粒细化的晶粒细化剂，使得制得的铅合金铸造性能、物理性能、力学性能和加工性能不佳，无法满足市场对于铅合金的需要。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种固态铅金属的晶粒细化剂，包括铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉，其特征在于：
本发明包括以下步骤；
S1：首先，将铝粉、钛粉、锆粉和TiB2粉按照质量百分比的75-85％、10-15％，5-8％、0.4-1.2％的配比进行称量，并将按照该质量百分比称量的各粉料分别放入到指定的储存罐体中；
S2；然后将该配比的铝粉、钛粉、锆粉混合倒入到混料设备中，开启混料设备混合一段时间，使铝粉、钛粉、锆粉混合均匀并排出；
S3：然后将混合均匀的铝粉、钛粉和锆粉的混合物料输送到烘干设备中，开启烘干设备对铝粉、钛粉、锆粉混合物料进行一定时间的烘干；
S4：然后，将烘干后的混合物料倒入到中频炉中加热、在氮气的保护下加热至20-35min，至混合物料的温度呈半融化状态后，将按照配比预先配好的TiB2粉倒入到中频炉中，然后搅拌使加入的TiB2粉分散溶于混合物料中，然后再对混合物料加热15-20min，使混合物料完全融化成液态；
S5：最后的熔融态的混合物料浇铸在低碳钢模具中，高温静置5-8min后，通过冷却成型设备对低碳钢模具进行快速冷却，冷却时间在30-50min，使混合物料冷却成型，制成固态铅金属的晶粒细化剂。
2.根据权利要求1所述的一种固态铅金属的晶粒细化剂，其特征在于；所述S1中铝粉的粒径≤300μm，钛粉和锆粉的粒径≤70μm，TiB2粉的粒径≤3μm。
3.根据权利要求1所述的一种固态铅金属的晶粒细化剂，其特征在于：所述S2中混料设备为滚筒式混料机，滚筒式混料机的转速为100 转/分钟，铝粉、钛粉、锆粉在滚筒式混料机内的混合时间为2.0-2.5小时。
4.根据权利要求1所述的一种固态铅金属的晶粒细化剂，其特征在于：所述S3中烘干设备为长滚筒烘干机，其倾斜度在2.0-4.0％之间，转速在4-7r/min，进气温度≤800℃。
5.根据权利要求1所述的一种固态铅金属的晶粒细化剂，其特征在于：所述S4中中频炉的额定中频频率为1000HZ、额定功率为600KW、额定温度为1700℃、融化率为3T/H，额定容量为3T。
6.根据权利要求1所述的一种固态铅金属的晶粒细化剂，其特征在于：所述S5中的冷却成型设备为水冷式模具冷却制冷机，其标准制冷量为93KW，输入功率为25.5KW，温控范围为5-28℃。
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