一种铸造铝硅合金用Al-Nb-B细化剂母合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铸造Al

【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝硅合金用Al
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Nb
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B细化剂母合金的制备方法


[0001]本专利技术属于铸造铝合金
，涉及一种铸造铝硅合金用Al
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Nb
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B细化剂母合金的制备方法。

技术介绍

[0002]铸造Al
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Si合金具有良好的力学性能和优良的铸造性能，在汽车、轨道交通，航空航天等领域有着广泛的应用，细化铸造铝硅合金的微观组织可以提高合金的致密度、减轻铸件的热裂和偏析倾向、降低气孔率，从而达到提高合金综合力学性能的目的。在众多细化晶粒的方法中，添加晶粒细化剂是一种低成本，效率高，被铸造行业广泛接受的一种晶粒细化方式。然而，目前市场上应用广泛的含Ti细化剂(Al
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5Ti
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B等)无法有效细化Si含量高于5wt.％的铝合金，这是由于Ti元素与Si元素在熔炼过程中会发生反应形成Ti
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Si金属间化合物，消耗掉了细化剂的有效形核质点(TiB2，Al3Ti)，造成了细化剂的“Si中毒”现象。研究者们曾尝试通过改变含Ti细化剂的化学成分等方式来解决“Si中毒”问题，但仍未达到理想效果。由此可见，铸造Al
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Si合金领域长期以来缺少有效的晶粒细化剂，这一问题大大限制了铸造Al
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Si合金的应用。
[0003]近年来，研究者们致力于开发新型细化剂以解决上述问题，专利CN104583429A“用于晶粒细化的Al
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Nb
‑r/>B母合金”公开了一种新型Al
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Nb
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B细化剂，制备细化剂母合金的原料为纯Al，单质Nb粉和KBF4粉末，制备温度为800～850℃，保温时间为2h，期间使用非反应性陶瓷棒搅拌。该种细化剂具有良好的抗Si毒化作用，原因在于Nb与Si在常规的熔炼温度下不发生反应，并且该种细化剂可以显著细化中高Si含量的铝合金微观组织；但是，按照该方法得到的Al
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Nb
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B细化剂母合金在应用过程中存在着以下问题：1.上述细化剂制备所使用的Nb源材料为单质Nb粉，价格极高，不适合工业大规模生产。2.Al
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Nb
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B细化剂母合金存在组织成分不均匀，有效元素Nb收得率低的问题。3.在细化Al
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Si合金时，随浇铸时间增加，母合金细化效果衰退，即先浇铸的样品其晶粒尺寸明显小于后浇铸的样品。专利CN 109385542 A“用于晶粒细化的铝铌硼合金杆的制备方法”中，专利技术人对Al
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Nb
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B合金铸锭进行了挤压变形，该方法显著提高了细化剂母合金的抗衰退能力，但是挤压后的细化剂合金杆成分仍不均匀。专利CN 111705232 A“用于晶粒细化的铝铌硼中间合金制备方法及铝铌硼中间合金及铝铌硼铸锭及铝铌硼合金索绳”与CN 109022931 A“一种铝铌硼中间合金、其制备方法及其应用”采用Al
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Nb中间合金制备Al
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Nb
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B细化剂母合金，大幅降低了细化剂母合金的制备成本，此外，二者分别使用不同方法优化了Al
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Nb
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B细化剂母合金的组织成分均匀性，但是其效果仍不理想，仍存在组织成分均匀性较差的问题。
[0004]由上可知，Al
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Nb
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B细化剂具有广泛的应用前景，但是上述细化剂组织成分不均匀、有效元素收得率低，细化效果衰退的问题对细化剂母合金制备及后续铝合金铸件生产与质量抽检等环节造成严重影响，严重限制了Al
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Nb
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B细化剂的商业应用，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服使用传统工艺制备Al
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Nb
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B细化剂母合金时存在的组织成分不均匀，细化剂有效元素收得率低及细化效果衰退的问题，而提供一种铸造铝硅合金用Al
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Nb
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B细化剂母合金的制备方法。
[0006]本专利技术的构思：
[0007]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的研究人员对其原因进行了探讨，发现：
[0008]1.已有细化剂制备工艺浇铸温度相对较低，多为800～850℃，在此温度下坩埚内的合金熔体中存在着大量固相形核质点(Al3Nb，NbB2)，而细化剂形核质点密度远高于Al熔体，在细化剂母合金制备与随后的铝合金接种过程中，形核质点会在重力的作用下在合金熔体中发生沉降现象，造成了细化剂母合金组织成分不均匀、细化Al
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Si合金时细化效果衰退的问题；虽然对Al
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Nb
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B合金铸锭进行挤压(CN 111705232 A)可以显著降低细化剂形核质点的尺寸，降低形核质点的沉降速率，提高细化剂的抗衰退能力，但是由于挤压前合金铸锭的成分均匀性难以控制，挤压后的细化剂合金杆成分仍不均匀；专利CN 111705232 A与CN 109022931 A在1200℃附近熔炼纯铝与Al
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Nb中间合金原料，但是浇铸温度均位于800℃附近，合金液的降温过程中，合金熔体中固相形核质点逐渐增多，，形核质点拥有充足的沉降时间，导致细化剂组织成分均匀性较差；
[0009]2.Nb在Al中的溶解度极低，制备Al
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Nb
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B细化剂的原料Nb粉或Al
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Nb中间合金块的熔点远高于细化剂的制备温度(800
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850℃)，原料反应缓慢、无法充分溶解，这便造成了细化剂有效元素收得率低的问题；
[0010]3.细化剂形核质点会在表面能降低的驱动下自发团聚，加剧细化剂形核质点的沉降、组织成分不均匀等问题。
[0011]基于上述构思，为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0012]一种铸造铝硅合金用Al
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Nb
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B细化剂母合金的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0013]1)配料
[0014]按照需要的细化剂母合金化学元素组成称取原料；
[0015]2)高温熔炼
[0016]将步骤1)称取的原料混合，在不低于1200℃的温度下进行熔炼，得到合金熔体；熔炼过程中对熔体进行搅拌；
[0017]3)快速凝固
[0018]将步骤2)得到的合金熔体除气扒渣后进行浇铸，快速凝固后得到Al
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Nb
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B细化剂母合金；
[0019]所述浇铸温度与步骤2)中熔炼温度相同。
[0020]进一步地，步骤1)具体为：
[0021]按照细化剂母合金化学元素组成Al：84
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99.6wt.％、Nb：0.2
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8wt.％、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸造铝硅合金用Al
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Nb
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B细化剂母合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配料按照需要的细化剂母合金化学元素组成称取原料；2)高温熔炼将步骤1)称取的原料混合，在不低于1200℃的温度下进行熔炼，得到合金熔体；其中，熔炼过程中对熔体进行搅拌；3)快速凝固将步骤2)得到的合金熔体除气扒渣后进行浇铸，快速凝固后得到Al
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Nb
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B细化剂母合金；所述浇铸温度与步骤2)中熔炼温度相同。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：按照细化剂母合金化学元素组成Al：84
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99.6wt.％、Nb：0.2
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8wt.％、B：0.2
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8wt.％，各元素质量百分比总和为100％的要求称量纯Al，Al
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Nb中间合金、Al
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B中间合金。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤2)具体为：将三种原料同时置于坩埚中升温，达到所需熔炼温度后，保温0.5
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10h，得到合金熔体，熔炼过程中对熔体进行搅拌；或者，先将纯Al置于坩埚中，升温至所需熔炼温度，再将剩余两种原料同时加入，保温0.5
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10h，得到合金熔体，熔炼过程中对熔体进行搅拌；或者，先将纯Al置于坩埚中，升温至所需熔炼温度，再加入剩余两种原料的其中一种，保温0.5
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10h，最后加入剩余一种原料，保温0.5
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10h，且两种原料反应时间之和不超过10h，得到合金熔体，熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈豫增，李皓天，刘书基，路洪洲，
申请(专利权)人：中信金属股份有限公司，
类型：发明
国别省市：