一種細(xì)化鋁合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金熔煉領(lǐng)域，具體地涉及一種細(xì)化鋁合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] A356. 2鋁合金具有流動(dòng)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(xì)化變質(zhì)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(xué)性能較低。因此，必須添加變質(zhì)元素及晶粒細(xì)化元 素，使共晶硅形態(tài)由粗大的片狀或針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的球狀或棒狀，同時(shí)使a-Al晶粒得到 細(xì)化，才能提高A356. 2合金的使用性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。目前，工業(yè)生產(chǎn)中A356. 2鋁合 金常用的細(xì)化劑有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。
[0003] 在先技術(shù)，CN102886511A公開了一種制備Al-Ti-C晶粒細(xì)化劑的方法。所述細(xì)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(fù)雜。且需要 使用氬氣或氮?dú)鈱⒃摷{米粉末分散到熔體中，加大了工藝的復(fù)雜程度和整個(gè)工藝的周期， 不易控制，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 在先技術(shù)，CN103667759A公開了一種Al-Mg-Si系合金a -Al晶粒細(xì)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(shí)長(zhǎng)。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(fù)雜程度，不 利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 在先技術(shù)，CN103589916A公開了一種快速凝固Al-Ti-B-Sc中間合金細(xì)化劑及其 制備方法。該細(xì)化劑為晶態(tài)材料，其顯微組織由a -Al及尺度為微米級(jí)的TiAl3、TiB2、AlB2 和Al3Sc晶體相組成，微米級(jí)的析出相提供有限的形核質(zhì)點(diǎn)，限制了元素的細(xì)化效果。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的鋁合金細(xì)化劑要么成本較高難以廣泛應(yīng)用，要么使用步 驟和過程復(fù)雜，限制了其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種新型的鋁合金細(xì)化劑，從而克服以上的各個(gè)問題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)以上的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)方案：
[0009] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種細(xì)化鋁合金的方法，其特征在于，其使用Al-Y 二元非晶合金作為鋁合金細(xì)化劑，并且所述的Al-Y二元非晶合金中Y的原子百分比為 9-13%〇
[0010] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的非晶合金的熔點(diǎn)為800°C以內(nèi)。
[0011] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁-稀土元素的非晶合金是A19(iY1(i。
[0012] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，在鋁合金細(xì)化過程中，按鋁合金的重量計(jì)，加入 0. 17-0. 32%的鋁合金細(xì)化劑，熔煉溫度為比鋁合金細(xì)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(gè)優(yōu)選的方面，加入0.25%的鋁合金細(xì)化劑，并且熔煉溫度為比鋁合 金細(xì)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(gè)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(gè)優(yōu)選的方面，提供了按照前文所述的方法細(xì)化加工得到的鋁合金。
[0016] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，提供了按照前文所述的方法細(xì)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(shù)方案：
[0018] 本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種利用二元鋁一稀土非晶對(duì) A356. 2合金進(jìn)行晶粒細(xì)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(diǎn)800°C以內(nèi)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A1 9(IY1Q。
[0021] 第二步，鋁基非晶細(xì)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(jī)將條帶在500MPa壓力下壓制5 秒，制成φ?5 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(jù)所選鋁基非晶的差示掃描量熱儀（DSC)檢測(cè)結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 25%的鋁基非晶圓柱試塊加入到 A356. 2鋁合金液中，機(jī)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(jìn)行澆鑄。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中用于細(xì)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(diǎn)，其加入到鋁合金液后析出大量納米級(jí)顆粒相，這些納米析出相作為 異質(zhì)形核核心，均勻分散在鋁液中。細(xì)化處理后A356. 2合金中a-Al晶粒尺寸比傳統(tǒng)細(xì)化 劑處理的鋁合金顯著減小，細(xì)化效果更好。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著進(jìn)步如下：本發(fā)明專利所述細(xì)化劑的制備過程簡(jiǎn) 單，只需將商購條帶與鋁粉混合并壓制成塊即可使用，工時(shí)短，生產(chǎn)率高。本發(fā)明專利細(xì)化 劑選用的是對(duì)A356. 2合金細(xì)化能力強(qiáng)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(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量，改善了鋁合金的晶 粒細(xì)化效果。細(xì)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(jí)形 核質(zhì)點(diǎn)，大大提高了 A356. 2合金的細(xì)化效果。該方法工藝過程較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，克服 了熔煉和制備過程工藝復(fù)雜、工藝時(shí)間長(zhǎng)、細(xì)化效果有限等弊端。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 第一步，鋁基非晶成分的選擇。
[0028] 選擇熔點(diǎn)800°C以內(nèi)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(shí)施例選擇了以下的非晶合金：
[0029] 試驗(yàn)組I 418，13非晶合金
[0030] 試驗(yàn)組2 !Al9tlYici非晶合金
[0031] 試驗(yàn)組3 :A191Y9#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(duì)照組！Al-Ti-B細(xì)化劑
[0034] 以上的鋁合金細(xì)化劑購自KBM Affilips公司。
[0035] 本發(fā)明實(shí)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(xì)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) A188Y13、A19(iY1(i和A1 91Y9#晶條帶（購自安泰科技股份有限公司）。利用壓塊機(jī)將條帶在 500MPa壓力下壓制5秒，制成(pi5 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(jù)Al9tlYltl非晶的差示掃描量熱儀（DSC)檢測(cè)結(jié)果，分析該鋁基非晶的熔化溫度 在649°C左右（放熱峰曲線切線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(duì)三個(gè)試驗(yàn)組，分別取以鋁合金的質(zhì)量計(jì)算，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 分別為〇· 17% (試驗(yàn)組1)、0· 25% (試驗(yàn)組2)和(λ 32% (試驗(yàn)組3)的鋁基非晶圓柱試塊 加入到Α356. 2鋁合金液中，機(jī)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(jìn)行澆鑄。
[0040] 試驗(yàn)表明，A356. 2 鋁合金（6. 82 % Si, 0· 34 % Mg, 0· 06 % Fe, 0· 09 % Ti, 0· 022 % Sr, 0.0008% B，余量Al)的鑄態(tài)金相顯微組織中α-Al晶粒較粗大，其平均晶粒尺寸為 138. 1 μ m〇
[0041] 試驗(yàn)表明，A356. 2鋁合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 25%傳統(tǒng)鑄態(tài)Al-5Ti-lB細(xì)化劑后 (試驗(yàn)組2)合金鑄態(tài)顯微組織a -Al晶粒得到細(xì)化，其平均晶粒尺寸為81. 2 μm。
[0042] 試驗(yàn)表明，A356. 2鋁合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 25%的Al9tlYltl非晶圓柱試塊后（試 驗(yàn)組2)合金鑄態(tài)顯微組織a-Al晶粒得到進(jìn)一步細(xì)化，其平均晶粒尺寸為41.3 μm?？梢?本實(shí)施例所制二元鋁基非晶條帶圓柱形試塊加入到A356. 2合金后的細(xì)化效果比傳統(tǒng)鑄態(tài) 細(xì)化劑更優(yōu)。
[0043] 經(jīng)試驗(yàn)，各組合金經(jīng)熱處理后（熱處理工藝為540°C X 2h+150°C X 12h)的抗拉強(qiáng) 度均高于284MPa，屈服強(qiáng)度均高于243MPa，伸長(zhǎng)率均高于8. 4% (試驗(yàn)組1和3的圖未顯 示）。汽車車輪對(duì)A356鋁合金的力學(xué)性能的一般要求為：抗拉強(qiáng)度Rm>220MPa、屈服強(qiáng)度 RpO. 2>180MPa、伸長(zhǎng)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(xué) 性能為伽：270-2801〇^、1^0.2:220-2301〇^、48 :8%-9%。由此可見，本申請(qǐng)的三種細(xì)化 劑均符合鋁合金車輪鑄造生產(chǎn)的需求。
[0044] 上述實(shí)施例中所用的原材料和設(shè)備均通過公知的途徑獲得，所用的操作工藝是本 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種細(xì)化鋁合金的方法，其特征在于，其使用Al-Y二元非晶合金作為鋁合金細(xì)化 劑，并且所述的Al-Y二元非晶合金中Y的原子百分比為9-13%。2. 權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非晶合金的熔點(diǎn)為800°C以內(nèi)。3. 權(quán)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(iY1(i。4. 權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在鋁合金細(xì)化過程中，按鋁合金 的重量計(jì)，加入0. 17-0. 32%的鋁合金細(xì)化劑，熔煉溫度為比鋁合金細(xì)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(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，加入0. 25%的鋁合金細(xì)化劑，并且熔煉溫度為 比鋁合金細(xì)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(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)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(quán)利要求1-6所述的方法細(xì)化加工得到的鋁合金。8. 按照權(quán)利要求1-6所述的方法細(xì)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(xì)化鋁合金的方法，其使用Al-Y二元非晶合金作為鋁合金細(xì)化劑，并且所述的Al-Y二元非晶合金中Y的原子百分比為9-13％。細(xì)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(jí)形核質(zhì)點(diǎn)，大大提高了A356.2合金的細(xì)化效果。該方法工藝過程較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，克服了熔煉和制備過程工藝復(fù)雜、工藝時(shí)間長(zhǎng)、細(xì)化效果有限等弊端。
【IPC分類】C22C21/00, C22C1/02, C22C45/08
【公開號(hào)】CN104894403
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510120776
【發(fā)明人】劉春海, 王永寧, 朱志華, 李昌海, 阿拉騰, 王立生, 張振棟, 白幫偉, 趙維民, 王志峰
【申請(qǐng)人】中信戴卡股份有限公司, 河北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日