一種細化鋁合金的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金熔煉領域，具體地涉及一種細化鋁合金的方法。
【背景技術】
[0002] A356. 2鋁合金具有流動性好，無熱裂傾向，線收縮小，比重小，耐蝕性好等優(yōu)良特 性，是汽車輪轂的主要使用材料。然而，未細化變質的A356. 2鋁合金的鑄態(tài)組織為粗大片 狀或針狀共晶硅和a-Al枝晶組織，力學性能較低。因此，必須添加變質元素及晶粒細化元 素，使共晶硅形態(tài)由粗大的片狀或針狀轉變?yōu)榧毿〉那驙罨虬魻?，同時使a-Al晶粒得到 細化，才能提高A356. 2合金的使用性能，擴展其應用范圍。目前，工業(yè)生產中A356. 2鋁合 金常用的細化劑有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。
[0003] 在先技術，CN102886511A公開了一種制備Al-Ti-C晶粒細化劑的方法。所述細化 劑由TiC加入鋁液中制得。涉及到的TiC為納米顆粒，材料成本高，制備工藝復雜。且需要 使用氬氣或氮氣將該納米粉末分散到熔體中，加大了工藝的復雜程度和整個工藝的周期， 不易控制，不利于產業(yè)化生產。
[0004] 在先技術，CN103667759A公開了一種Al-Mg-Si系合金a -Al晶粒細化劑及其制 備方法。該方法需將Ti、Bi、Cr三種粉末混合后研磨至200-400目，加大了工藝時長。且粉 末需用鋁箔緊密包裹后，在200-25(TC下烘烤30min后方可使用，增加了工藝復雜程度，不 利于產業(yè)化生產。
[0005] 在先技術，CN103589912A公開了一種快速凝固Al-Ti-B-Sc中間合金細化劑及其 制備方法。該細化劑為晶態(tài)材料，其顯微組織由a -Al及尺度為微米級的TiAl3、TiB2、AlB2 和Al3Sc晶體相組成，微米級的析出相提供有限的形核質點，限制了元素的細化效果。
[0006] 綜上所述，現有技術中的鋁合金細化劑要么成本較高難以廣泛應用，要么使用步 驟和過程復雜，限制了其在生產上的應用。

【發(fā)明內容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種新型的鋁合金細化劑，從而克服以上的各個問題。
[0008] 為了實現以上的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下的技術方案：
[0009] 在本發(fā)明的一個方面，提供了一種細化鋁合金的方法，其特征在于，其使用Al-Ce 二元非晶合金作為鋁合金細化劑，并且所述的Al-Ce二元非晶合金中Ce的原子百分比為 7-10%〇
[0010] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，所述的非晶合金的熔點為800°C以內。
[0011] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，所述的鋁-稀土元素的非晶合金是Al9(lCe 1(l。
[0012] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，在鋁合金細化過程中，按鋁合金的重量計，加入 0. 17-0. 32%的鋁合金細化劑，熔煉溫度為比鋁合金細化劑的熔化溫度高20-40攝氏度，但 不低于A356. 2合金的通常熔煉溫度720°C。
[0013] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，加入0.25%的鋁合金細化劑，并且熔煉溫度為比鋁合 金細化劑的熔化溫度高20攝氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔煉溫度720°C。
[0014] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，所述的鋁-稀土元素的非晶合金是圓柱形試塊。
[0015] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，提供了按照前文所述的方法細化加工得到的鋁合金。
[0016] 在本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，提供了按照前文所述的方法細化加工得到的鋁合金在 鑄造車輪中的用途。
[0017] 在本發(fā)明的其他方面，還提供了以下的技術方案：
[0018] 本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是：一種利用二元鋁一稀土非晶對 A356. 2合金進行晶粒細化的方法，包括如下步驟：
[0019] 第一步，鋁基二元非晶成分的選擇。
[0020] 選擇熔點800°C以內的鋁-稀土二元非晶成分，保證能耗較低，降低合金熔煉過程 中的揮發(fā)。所選鋁基非晶是Al 9(lCe1(l。
[0021] 第二步，鋁基非晶細化劑的制備。
[0022] 按照上述成分選擇原則，選擇一種純度不低于99. 99%、厚15 μπκ寬I. 5mm的商業(yè) 鋁基非晶條帶（購自安泰科技股份有限公司）。利用壓塊機將條帶在500MPa壓力下壓制5 秒，制成(P15 mm X 5 mm的圓柱形試塊，以方便取用。
[0023] 第三步，鋁合金熔煉溫度的確定及熔煉過程。
[0024] 根據所選鋁基非晶的差示掃描量熱儀（DSC)檢測結果，分析鋁基非晶的熔化溫 度，從而確定A356. 2合金的熔煉溫度，使得A356. 2合金熔煉溫度比鋁基非晶的熔化溫度高 至少20°C，但不低于A356. 2合金的通常熔煉溫度720°C，保證非晶合金加入A356. 2鋁合金 后能夠順利熔解。待A356. 2合金熔化后，取質量分數0. 25%的鋁基非晶圓柱試塊加入到 A356. 2鋁合金液中，機械攪拌120s使其充分熔解并分散均勻，將合金液靜置lOmin，除渣后 進行澆鑄。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中用于細化A356. 2合金的鋁基合金為非晶態(tài)合金， 具有成分均勻的特點，其加入到鋁合金液后析出大量納米級顆粒相，這些納米析出相作為 異質形核核心，均勻分散在鋁液中。細化處理后A356. 2合金中a-Al晶粒尺寸比傳統(tǒng)細化 劑處理的鋁合金顯著減小，細化效果更好。
[0026] 與現有技術相比，本發(fā)明的顯著進步如下：本發(fā)明專利所述細化劑的制備過程簡 單，只需將商購條帶與鋁粉混合并壓制成塊即可使用，工時短，生產率高。本發(fā)明專利細化 劑選用的是對A356. 2合金細化能力強的含稀土合金，且為非晶態(tài)，其加入熔體后元素分布 比傳統(tǒng)合金更加均勻，析出相為納米相，大大增加了異質形核質點數量，改善了鋁合金的晶 粒細化效果。細化劑為非晶態(tài)材料，該材料加入鋁熔體后可提供大量、分布均勻的納米級形 核質點，大大提高了 A356. 2合金的細化效果。該方法工藝過程較為簡單，生產周期短，克服 了熔煉和制備過程工藝復雜、工藝時間長、細化效果有限等弊端。
【具體實施方式】
[0027] 第一步，鋁基非晶成分的選擇。
[0028] 選擇熔點800°C以內的鋁-稀土二元非晶成分，保證能耗較低，降低合金熔煉過程 中的揮發(fā)。本實施例選擇了以下的非晶合金：
[0029] 試驗組I :Al93Ce7#晶合金
[0030] 試驗組2 !Al9tlCeltl非晶合金
[0031] 試驗組3 :Al92Ce8#晶合金
[0032] 以上的非晶合金均購自安泰科技股份有限公司。
[0033] 對照組！Al-Ti-B細化劑
[0034] 以上的鋁合金細化劑購自KBM Affilips公司。
[0035] 本發(fā)明實施例的A356. 2鋁合金均購自濱州盟威聯(lián)信新材料有限公司。
[0036] 第二步，鋁基非晶細化劑的制備。
[0037] 按照上述成分選擇原則，選擇純度不低于99. 99 %、厚15 μ m、寬I. 5mm的商業(yè) Al93Ce7、Al9(lCe1(l和Al 92Cejt晶條帶（購自安泰科技股份有限公司），試驗結果表明，Al9tlCeltl 條帶的X射線衍射顯示出典型的"饅頭狀"漫散射峰，證實條帶確實為非晶。利用壓塊機將 條帶在500MPa壓力下壓制5秒，制成φ 15 mm X 5 mm的圓柱形試塊，以方便取用。
[0038] 第三步，鋁合金熔煉溫度的確定及熔煉過程。
[0039] 根據Al9tlCeltl非晶的差示掃描量熱儀（DSC)檢測結果，分析該鋁基非晶的熔化溫度 在642°C左右（放熱峰曲線切線交點對應的溫度），從而確定A356. 2合金的熔煉溫度，使得 A356. 2合金熔煉溫度比鋁基非晶的熔化溫度高至少20°C，但不低于A356. 2合金的通常熔 煉溫度720°C，最終確定鋁合金熔煉溫度為720°C，保證非晶合金加入A356. 2鋁合金后能夠 順利熔解。待A356. 2合金熔化后，針對三個試驗組，分別取以鋁合金的質量計算，質量分數 分別為〇· 17% (試驗組1)、0· 25% (試驗組2)和(λ 32% (試驗組3)的鋁基非晶圓柱試塊 加入到Α356. 2鋁合金液中，機械攪拌120s使其充分熔解并分散均勻，將合金液靜置lOmin， 除渣后進行澆鑄。
[0040] 試驗結果表明，A356. 2 鋁合金（6. 82 % Si, 0· 34 % Mg, 0· 06 % Fe, 0· 09 % Ti, (λ 022 % Sr, (λ 0008 % B，余量Al)的鑄態(tài)金相顯微組織。A356. 2鋁合金鑄態(tài)組織中 a -Al晶粒較粗大，其平均晶粒尺寸為134. 6 μm。
[0041] 試驗結果表明，A356. 2鋁合金中加入質量分數0. 25%傳統(tǒng)鑄態(tài)Al-5Ti-lB細化劑 后（試驗組2)合金鑄態(tài)顯微組織。試驗組2中，處理后a-Al晶粒得到細化，其平均晶粒 尺寸為77. 1 μ m。
[0042] 試驗結果表明，A356. 2鋁合金中加入質量分數0. 25%的Al9ciCeltl非晶圓柱試塊后 (試驗組2)合金鑄態(tài)顯微組織。如此處理后a-Al晶粒得到進一步細化，其平均晶粒尺寸 為40. 9 μ m?？梢姳緦嵤├贫X基非晶條帶圓柱形試塊加入到A356. 2合金后的細化 效果比傳統(tǒng)鑄態(tài)細化劑更優(yōu)。
[0043] 經試驗，各組合金經熱處理后（熱處理工藝為540°C X 2h+150°C X 12h)的抗拉強 度均高于283MPa，屈服強度均高于242MPa，伸長率均高于8. 5% (試驗組1和3的圖未顯 示）。汽車車輪對A356鋁合金的力學性能的一般要求為：抗拉強度Rm>220MPa、屈服強度 RpO. 2>180MPa、伸長率As>7%。一般來說，傳統(tǒng)的添加 Al-5Ti-lB中間合金的A356的力學 性能為Rm :270-280MPa、Rp0. 2 :220-230MPa、As :8% -9%。由此可見，本申請的三種細化劑 均符合鋁合金車輪鑄造生產的需求。
[0044] 上述實施例中所用的原材料和設備均通過公知的途徑獲得，所用的操作工藝是本 技術領域的技術人員所能掌握的。
【主權項】
1. 一種細化鋁合金的方法，其特征在于，其使用Al-Ce二元非晶合金作為鋁合金細化 劑，并且所述的Al-Ce二元非晶合金中Ce的原子百分比為7-10%。2. 權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非晶合金的熔點為800°C以內。3. 權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鋁-稀土元素的非晶合金是Al9(lCe1(l。4. 權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，在鋁合金細化過程中，按鋁合金 的重量計，加入0. 17-0. 32%的鋁合金細化劑，熔煉溫度為比鋁合金細化劑的熔化溫度高 20-40攝氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔煉溫度720°C。5. 權利要求4所述的方法，其特征在于，加入0. 25%的鋁合金細化劑，并且熔煉溫度為 比鋁合金細化劑的熔化溫度高20攝氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔煉溫度720°C。6. 權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述的鋁-稀土元素的非晶合金是 圓柱形試塊。7. 按照權利要求1-6所述的方法細化加工得到的鋁合金。8. 按照權利要求1-6所述的方法細化加工得到的鋁合金在鑄造車輪中的用途。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種細化鋁合金的方法，其使用Al-Ce二元非晶合金作為鋁合金細化劑，并且所述的Al-Ce二元非晶合金中Ce的原子百分比為7-10％。細化劑為非晶態(tài)材料，該材料加入鋁熔體后可提供大量、分布均勻的納米級形核質點，大大提高了A356.2合金的細化效果。該方法工藝過程較為簡單，生產周期短，克服了熔煉和制備過程工藝復雜、工藝時間長、細化效果有限等弊端。
【IPC分類】C22C1/02, C22C21/00, C22C1/06
【公開號】CN104894402
【申請?zhí)枴緾N201510120705
【發(fā)明人】張振棟, 王永寧, 朱志華, 劉春海, 李昌海, 阿拉騰, 王立生, 白幫偉, 趙維民, 王志峰
【申請人】中信戴卡股份有限公司, 河北工業(yè)大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年3月19日