[發(fā)明專利]一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210572236.3
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN102990046A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏偉;茆仁宇;魏坤霞;杜慶柏;胡靜
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B22D27/20
• 分類號: B22D27/20;C22C21/00;C22B9/10
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，具體涉及到一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的方法。

背景技術(shù)

鋁合金由于質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、易加工等特性，廣泛應(yīng)用于機械、航空航天、建筑、電器電子和汽車等領(lǐng)域。尤其是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，對鋁錠及鋁坯在后續(xù)深加工工藝中的組織也提出了嚴格的要求，而控制其組織和性能的關(guān)鍵之一是熔鑄出最佳的鑄態(tài)晶粒組織——細小均勻的等軸晶。然而鋁及其合金在鑄造條件下容易形成粗大的晶粒組織，要實現(xiàn)其廣泛應(yīng)用，必須改善其鑄態(tài)組織。

細化晶粒的方法主要有物理和化學(xué)兩類，物理方法主要包括快速冷卻法、機械物理細化法和物理場細化法。化學(xué)方法是加入晶粒細化劑，以促進晶粒形核或阻礙晶核長大。快速冷卻法在生產(chǎn)簡單的小型件或粉末制品時比較常用，對大型厚斷面鑄件的生產(chǎn)很難實現(xiàn)，而且該方法不易操作，人為因素及偶然性較大。機械物理細化法操作復(fù)雜、消耗大、易摻入雜質(zhì)，而且細化效果不穩(wěn)定。物理場細化法處理金屬純凈度高，但需要復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，能耗高，而且人們對其本身機制和規(guī)律還缺乏了解。添加細化劑效果穩(wěn)定、作用快、操作方便、適應(yīng)性強,是一種最為經(jīng)濟、有效、實用的細化方法。研究表明，Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C中間合金中的TiAl₃,TiB₂和TiC顆粒可作為熔體中的非均勻形核核心，對鑄件有很好的細化效果。

Al-Ti-B中間合金是目前較為廣泛使用的細化劑，現(xiàn)在大約75%的世界鋁工業(yè)使用Al-Ti-B進行晶粒細化。但該類細化劑存在諸多問題，如TiB₂粒子易于聚集，極易與氧化膜或熔體中的鹽類熔劑結(jié)合造成夾雜；TiB₂粒子尺寸粗大，在軋制晶粒度級別要求較高的鋁箔時，可導(dǎo)致針孔，有時會使帶材斷裂，并損壞軋輥；細化含有Zr、Cr元素的鋁及其合金時，TiB2粒子會中毒失去細化作用。

為了解決粗大TiAl₃相溶解擴散不完全，TiB₂粒子聚集問題，發(fā)明專利“Al-Ti-B中間合金細化純鋁工藝”（專利號：200710093880.1）提出在向鋁熔體添加Al-Ti-B中間合金細化劑的同時，在鋁熔體上部引入高能超聲波，加快TiAl₃相溶解擴散速度，增加TiB₂粒子的彌散分布程度，從而提高Al-Ti-B中間合金的細化效率，鋁錠晶粒尺寸可以達到150μm以下。發(fā)明專利“在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金晶粒細化劑”（專利號：200410103904.3）針對TiC相易聚集、顆粒尺寸分布范圍大等問題，提出在超聲場作用下制備鋁鈦碳中間合金，然后澆鑄成錠或連鑄連軋成線材。結(jié)果表明TiC相得到顯著的細化和分散，對純鋁及鋁合金有明顯的細化效果。但是超聲處理不但增加生產(chǎn)成本，而且在工業(yè)化生產(chǎn)時難以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性和細化效果。

有文獻報導(dǎo)：同時含有TiB₂和TiC顆粒的Al-Ti-B-C中間合金可以克服Al-Ti-B和Al-Ti-B-C“中毒”現(xiàn)象。發(fā)明專利“一種Al-Ti-B-C中間合金晶粒細化劑的制備方法”（專利號：200910016566.2）提出將純鈦粉、碳化硼粉和純鋁粉混合后，添加到1000～1350℃的高溫鋁熔體中，從而獲得Al-Ti-B-C中間合金細化劑。該細化劑可以將純鋁晶粒尺寸細化到200微米。該方法由于使用粉末原料、氬氣保護下混料以及高溫熔煉，極易燒損，增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決TiAl₃和TiB₂相尺寸粗大、TiB₂粒子易于聚集的問題，本發(fā)明提供了一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的工藝，將Al-5%Ti-1%B中間合金中的TiAl₃相從板條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膲K狀，由更多細小的塊狀TiAl₃和TiB₂充當有效異質(zhì)形核核心，從而提高Al-5%Ti-1%B中間合金的細化效率。

本發(fā)明的目的主要是提供一種Al-5%Ti-1%B中間合金細化純鋁的方法，主要步驟為：

1）室溫下對Al-5%Ti-1%B中間合金進行等通道變形；

2）將放有鋁錠和精煉劑的陶瓷坩堝放入井式爐中加熱至760℃使之熔化；

3）將等通道變形Al-5%Ti-1%B中間合金，按占純鋁重量0.2～0.6%加入到鋁液中；

4）攪拌鋁液后，升溫到澆注溫度，靜置保溫5～60分鐘；