專利名稱：一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金材料及其制備方法，具體涉及一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
變質(zhì)作用能夠極大地提高鋁合金的綜合機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)，有時甚至是顛覆性的，能夠產(chǎn)生變質(zhì)作用的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。鑄鋁合金中加入微量的T1、Zr、B后，在合金中科形成細(xì)小的不溶的金屬間的化合物，其質(zhì)點與Al有近相同的點陣類型和相近的點陣常數(shù)，或具有共格對應(yīng)晶面，均可作為AI固溶體的結(jié)晶核心而起到細(xì)化晶粒的作用。目前，使用Ti和B變質(zhì)的方法有以下幾種一、鈦硼熔劑細(xì)化法由于鈦硼熔劑中同時含有Ti和B兩種細(xì)化晶粒作用很強(qiáng)的元素，它們在鋁合金液中形成TiAl3和TiB2,未熔化的TiAl3和不熔化的TiB2 (其相對密度4. 4，熔點為2900°C )都?xì)埩粼阡X合金液中，成為鋁合金的初晶a枝晶組織的有效異質(zhì)結(jié)晶種。這種熔劑細(xì)化晶粒的優(yōu)點是①因為有T1、B兩個細(xì)化晶粒的元素和Ti含量為Al-Ti中間和金的8倍，故細(xì)化晶粒的效果非常好，比Al-Ti中間合金的效果大很多處理成本比用Al-Ti中間合金低很多；③熔劑成塊狀，省去了熔化配制中間合金的許多費用，燒損也少；④儲存省面積，很簡便，且塊重標(biāo)準(zhǔn)化，用前無需稱重；⑤熔劑塊自沉降、自擴(kuò)散、利用率高、簡化了操作，改善了勞動條件和減輕了勞動強(qiáng)度；⑥適用范圍廣，既適用鑄造鋁合金，又適用變形鋁合金；既適用純鋁，又適用鋁合金。其缺點是!182和11413—樣，密度也比鋁合金大，如保溫時間過長，也會自沉降，凝聚成夾雜物。二、鋁鈦硼絲細(xì)化法采用鋁鈦硼絲細(xì)化法，必須使用鈦硼絲細(xì)化劑，其制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本貴，例如中國發(fā)明專利CN201010541740 “一種高潔凈度鋁鈦硼合金細(xì)化的制造方法”，包括以下步驟(I)將鋁錠熔化加入氟鈦酸鉀和氟硼酸鉀合金化；(2)傾倒出浮于鋁液表面的反應(yīng)副產(chǎn)物，并用氧化鋁粉中和；(3)提升鋁液溫度，撒上氧化鋁粉層；(4)用管通氬氣或氮氣，使鋁液中包裹的殘渣液浮出，并被中和；(5)利用小氣泡旋轉(zhuǎn)除氣精煉技術(shù)處理后測量其含氫量；(6)在800°C以上的熱狀態(tài)下，撒上特殊高溫防氧化覆蓋劑層；(7)將提升鋁液溫度，將鋁液導(dǎo)入裝有氧化鋁陶瓷過濾器的過濾箱體，對合金鋁液進(jìn)行在線過濾處理；(8)最后降低鋁液溫度，撇除浮渣，澆鑄成型生產(chǎn)成鋁鈦硼絲。目前，對鋁合金的需求量越來越大，質(zhì)量要求越來越高，研發(fā)一種工藝簡單，變質(zhì)效率聞的欽砸變質(zhì)劑及其聞性能招合金材料具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是鈦硼變質(zhì)劑及其變質(zhì)的鋁合金工藝存在的問題，本發(fā)明通過一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法，具有工藝簡單，變質(zhì)的鋁合金的晶粒更細(xì)，具有良好的性能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案本發(fā)明的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，按重量百分比計，該合金成分為 Cu :3. 0 7. 0%，Mn :彡 0. 8%, Mg ■.(1. 2%, Ni ■.( 2. 3%, Zn ^ 0. 2%, Ti 0. 2%, Zr 0. 25%，鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑為總量的Ippm 0. 1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個< 0. 05%，合計<0. 15%。本發(fā)明所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，上述合金的組成，S1、Fe元素含量滿足Si ■.( 0. 6%, Fe ■.( 0. 6%。本發(fā)明所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料,鈦硼復(fù)合變質(zhì)為H3 [TiCl6]和BN的混合物，其中BN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I % 50 %。本發(fā)明所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為10 100目。本發(fā)明所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料；步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 800°C下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成； 步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻；步驟四然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作；步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時使鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢；步驟六靜置、調(diào)溫至700 800°C，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。本發(fā)明所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮氣、氬氣或氮氣與氬氣的混合氣體。本發(fā)明達(dá)到的有益效果①細(xì)化效果好，細(xì)化劑實際利用率高，使用量大大節(jié)省。因為在鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑隨保護(hù)性氣體進(jìn)入鋁熔體中，分解出的原子態(tài)的Ti和B的微粒，可以均勻彌散在鋁熔體中，與鋁迅速形成TiAl3和TiB2，作為Al固溶體的結(jié)晶核心而起到細(xì)化晶粒的作用。②由于細(xì)化劑均勻地進(jìn)入所有待細(xì)化的鋁合金液，故細(xì)化后的組織均勻，無粗細(xì)晶粒交錯的混晶區(qū)，從而大大提聞了合金的強(qiáng)度和延伸率，減少了裂紋等廢品；分解出的兀素Cl和N還可以消除鋁熔體中的氫，降低氣孔和真空的產(chǎn)生。③由于分解出的Ti和B均勻分散在融熔體中，避免了上述TiAl3和TiB2的沉降，凝集所引起的夾雜和熔爐的結(jié)瘤，減少了清爐和洗爐的工作量。
具體實施例方式
步驟一按下表選定每元素和物質(zhì)配方，并按配制的合金總量1000kg，推算出所需的每種物質(zhì)的重量。
權(quán)利要求
1.一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于按重量百分比計，該合金成分為 Cu: 3. O 7. 0%, Mn:彡 0. 8%, Mg: ^1. 2%, N1:彡 2. 3%, Zn:彡 0. 2%, T1:彡 0. 2%,Zr:彡0. 25%，鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑為總量的Ippm 0. 1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個< 0. 05%，合計< 0. 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于上述合金的組成，S1、Fe元素含量滿足Si ■.( 0. 6%，F(xiàn)e :彡0. 6%。
3.根合據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于鈦硼復(fù)合變質(zhì)為HJTiCl6]和BN的混合物，其中BN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% 50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料，其特征在于鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑的分子晶體聚集態(tài)顆粒度為10 100目。
5.—種如權(quán)利要求1 4所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一在上述元素比例范圍內(nèi)，選定一組元素和鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑比例，再根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種單質(zhì)金屬的質(zhì)量，編制合金生產(chǎn)配料表，并按配料表選足備料； 步驟二 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全融化并在700 80(TC下保溫；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成； 步驟三再按配方比例先加入步驟一選定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔體攪拌均勻； 步驟四然后對上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；往合金熔體中加入精煉劑，并攪拌均勻，熔體精煉在封閉環(huán)境中操作； 步驟五精煉除渣后，以保護(hù)性氣體對熔體進(jìn)行除氣作業(yè)，同時使鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑以流態(tài)化方式隨保護(hù)性氣體加入到合金熔體中；同時進(jìn)行攪拌，使變質(zhì)劑與合金熔體充分反應(yīng)；變質(zhì)劑加入完畢，繼續(xù)通入保護(hù)性氣體至變質(zhì)劑反應(yīng)完畢； 步驟六靜置、調(diào)溫至700 80(TC，合金液傾倒出爐，進(jìn)入下一工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于在步驟五中，保護(hù)性氣體是指氮氣、氬氣或氮氣與氬氣的混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦硼復(fù)合變質(zhì)的高性能鋁合金材料及其制備方法，其特征在于按重量百分比計，該合金成分為Cu:3.0～7.0%，Mn:≤0.8%，Mg:≤1.2%，Ni:≤2.3%，Zn:≤0.2%，Ti:≤0.2%，Zr:≤0.25%，鈦硼復(fù)合變質(zhì)劑為總量的1ppm～0.1%，其余為Al和不可避免的微量雜質(zhì)，且雜質(zhì)元素含量為單個≤0.05%，合計≤0.15%，本發(fā)明的鋁合金較一般鋁合金具有更細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)和更高的純凈度。
文檔編號C22C1/02GK103060648SQ20111032475
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者車云, 門三泉, 張中可 申請人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司