晶粒细化,铸造铝合金制造技术

本发明专利技术描述了一种有效的用于铸造铝合金的细化晶粒的方法。本文所描述的方法取决于待晶粒细化的合金中Ti含量的控制以及在熔化后硼的添加。硼的添加可以通过Al-B中间合金以及硼的化合物来实施，例如KBF4盐。加入到熔体中的硼首先溶解，然后形成AlB2颗粒，所述AlB2颗粒在凝固过程开始时，为铝的成核充当有效的基材。为了使本方法能有效地细化晶粒，合金中Ti浓度必须控制在100ppm以下。当合金中Ti浓度较高时，硼将无法起到作用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,铸造铝合金的制作方法【专利摘要】本专利技术描述了一种有效的用于铸造铝合金的细化晶粒的方法。本文所描述的方法取决于待的合金中Ti含量的控制以及在熔化后硼的添加。硼的添加可以通过Al-B中间合金以及硼的化合物来实施，例如KBF4盐。加入到熔体中的硼首先溶解，然后形成AlB2颗粒，所述AlB2颗粒在凝固过程开始时，为铝的成核充当有效的基材。为了使本方法能有效地细化晶粒，合金中Ti浓度必须控制在100ppm以下。当合金中Ti浓度较高时，硼将无法起到作用。【专利说明】，铸造铝合金
本专利技术描述了一种有效的用于铸造铝合金的细化晶粒的方法。使用这种新的方法获得的效果远远超过现有技术可能达到的效果。 本文所描述的方法是基于对铸造铝合金中Ti含量的控制以及在熔化后硼的添加。硼的添加可以通过添加Al-B基中间合金或添加诸如KBF4盐的含硼化合物来实施。硼在添加之后很快溶解在熔融合金中，并且一旦开始凝固后，硼形成对于铝的异质成核而言有效的基材。为使本方法有效，熔体的钛含量必须低于lOOppm。如果钛含量高于此量，那么硼的加入将变得没有效果。 当满足所述条件时，凝固后的晶粒尺寸非常小。与现有技术不同，添加高达200ppm的硼可以容易地实现。使用所述新的方法进行，铸造铝合金的平均晶粒直径始终小于200微米。与现有技术获得的程度相比，该程度至少提高了 2倍。 相比于现有技术，本专利技术的方法还提供了其它优点。由于成核剂不是不可溶的，而是可溶的硼化物，并且在凝固过程开始后马上形成，因此对于本专利技术所述方法，没有出现现有技术中常见的效力降低。另一方面，在现有技术中，成核剂是不可溶的硼化物并且发生漂浮或沉降，这分别取决于其密度值是否低于或高于铝熔体。现有技术的主要缺点是能力的损失，即减弱，本专利技术很好地解决了所述问题。 本专利技术的另一个优点是所提供的是在重熔操作过程中仍然有效。然而，为了在重熔操作中再次实现，需要避免熔融合金中Ti的富集。 本专利技术所提供的方法成功地对Al-S1、Al-Cu和Al-Mg基铸造合金进行，这些铸造合金的钛含量被控制在10ppm以下，并且为了维持它们的熔点在639°C以下，对它们的组成进行了调整。 本专利技术所要解决的技术问题 是招铸造厂中最关键的技术之一。具有细小晶粒的铸造结构赋予铸件优秀的韧性和强度性能，同时改善加工性和表面质量。不仅提高铸件质量，而且还可以提高铸造工艺的效率。 铸造铝合金的使用的中间合金是由三元Al-T1-B合金体系制备的。Al-5T1-lB中间合金最为常用，由于Ti过量(Ti:B > 2.2)，除可溶的A13Ti颗粒外，该中间合金还包含不可溶的TiB2颗粒。该中间合金已成为用于铝工业的标准剂，且以棒状形式加入到铝熔体中。如果熔体不含过渡元素(Zr、Cr等)(它们的硼化物比铝的硼化物更加稳定)，所述剂可提供特别细小的晶粒。尽管它对于连续和半连续铸造生产的锻造合金来说效果突出，但对于铸造铝合金成型铸造来说，它的效果离期望还很远。其糟糕效果与存在于铸造合金中高含量的Si的中毒有关(Si中毒)。Si与Ti反应形成T1-Si化合物，从而降低Al3Ti和TiB2颗粒的数量和效果。 目前，铝铸造厂使用的所用商业中间合金均是由Al-T1-B合金体系制备。然而，在细化铸造铝合金的晶粒结构方面，Al-B合金比Al-T1-B中间合金的效果要好得多(与含Ti化合物颗粒相比，在含Si的合金中，A1B2颗粒效果更好)。尽管如此，在生产高导电率铝时，Al-B合金被用来沉淀过渡元素，而不是用于细化铸造铝合金的晶粒。尽管在实验室研究中，Al-B合金的优越性已被证实，但在工业生产中Al-B合金的生产性能是不一致的。同时，锻造铝合金晶粒的尺寸远低于200微米，而铸造合金的晶粒要大得多。然而，可以在铸造合金中获得比现有技术得到的小得多的晶粒。目前，市面上可用的剂中间合金被开发用于锻造合金的连续铸造，但它们都无法满足铝铸件生产商的期望。 总之，在细化Al-Si铸造合金的晶粒结构时，需要能够提供更好效果的优秀的剂。 本专利技术描述了一种能够提供比现有技术所能获得晶粒结构更小的新的方法。
技术介绍
对于高品质铸件来说，等轴细晶结构是必不可少的，而可靠的方法也是有效及成功的铸造过程所必须的。已知添加Ti可以细化铝合金的晶粒，这是由于Al-Ti二元体系中的包晶反应提供了使铝成核的Al3Ti颗粒。然而，为了使该机制有效，熔体中的Ti含量必须满足包晶组成，也就是说，Ti含量非常高(高达0.15重量％ ) 。1940-1950年的研究已经表明，当硼与Ti 一起加入熔体时，效果明显改善，在Ti含量低得多的情况下，能够达到相同水平的程度。因此，目前商业剂总是从Al-T1-B合金体系中产生。 全世界的铝铸造厂使用的商业剂均含有2-5重量％的Ti和0.1-1重量％ 的 B。各种会议(TMS Light Metals and AFS Transact1ns, )、同行评审的国际期刊中可以找到使用这些合金进行所包含的机理，并且众多的专利公开了有关中间合金及其生产方法的信息。Al-T1-B的微观结构由分散在铝基体中的TiB2和Al3Ti颗粒组成。当剂加入到熔体后不久，在铝基体溶解的同时TiB2和Al3Ti颗粒被释放到熔体中。TiB2颗粒被用于铝的成核，Al3Ti以非常薄的层的形式包裹TiB2颗粒。Al3Ti颗粒提供了另一种贡献。由于Al3Ti颗粒的溶解，熔体中可以获得溶质Ti，而由于在凝固前沿前进之前，溶质钛需要在固相和液相之间分配，因此可以起到抑制晶粒生长的作用。这实质上是为什么Ti被认为是最有力的限制晶粒生长的元素之一。在这种机理被普遍接受的同时，有很多成熟的模型和理论来解释涉及的机理。这些模型和理论提供了不同的机制，但他们都认同Al-T1-B合金的性能和的能力。由于被实验室研究证实的出色的表现，添加Al-T1-B中间合金对铝合金的已颇具规模。 在Al-T1-B体系的多种合金中，Al-5Ti_lB是最常用的，其包含了过量的Ti (Ti:B> 2.2)，并因此除了不可溶的TiB2颗粒外，还将可溶的A13Ti颗粒引入熔体中。Al_5Ti_lB中间合金已成为铝铸造厂的标准剂，并以棒状形式连续地加入到熔融的铝中。它提供显著的效果，除非待的合金包含一种过渡元素(锆，铬等)，这些元素的硼化物比TiB2更稳定。 然而，已开发出Al-5Ti_lB剂以及来自Al-T1-B体系的其他剂，这些剂用于锻造铝合金锭或坯(1XXX，2XXX，3XXX，5XXX，6XXX以及8XXX)的连续铸造(双辊铸造/薄带连铸)或者半连续DC铸造。然而，这些为锻造铝合金提供优异表现的剂在铸造铝合金中的表现并不理想。铸造铝合金的成型铸造与锻造铝合金的连续铸造之间存在巨大差异。在成型铸造中，凝固过程前的过冷是非常重要的。凝固在连续铸造的孕育处理(inoculat1n)的几分钟里完成，但是在成型铸造中可能需要数小时。后者的熔体组成可能发生变化，而引入熔体的成核剂可以通过沉降去除。铸锭和坯料的半连续铸造、薄带的双辊和双带铸造取决于工业纯铝，然而进行成型铸造的铝铸造厂所使用的预合金材料总是具有含量较高的残余钛。 然而，这两个制造路线之间的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细化铸造铝合金晶粒结构的新方法，由下列步骤组成，a.将待晶粒细化的铸造铝合金中Ti浓度控制在低于0.01重量％，b.向Ti含量低于0.01重量％的铸造铝合金中加入0.02重量％的硼。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·卡基尔，F·阿拉盖伊克，Y·比罗尔，
申请(专利权)人：土耳其科学技术研究理事会，
类型：发明
国别省市：土耳其;TR