專利名稱：鋁及鋁合金的鐵碳硼復合細化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一類新型鐵碳硼復合細化劑的組成、制備及其應用于鋁及鋁合金的微晶化及強韌化工藝。
實現微晶化并進而達到強韌化，是鋁及鋁合金以及其它金屬材料中存在的重要而又普遍的研究課題。目前對晶粒細化的研究主要包括兩個途徑，即物理方法和化學方法。具體形式有如快速凝固、機械攪拌和添加形核劑(晶粒細化劑)等，其中最有效實用而經濟的方法是加形核劑。對于工業(yè)純鋁及鋁合金，目前使用的細化劑是AlTiB，AlSr，AlTiC，AlRe等中間合金，其中Al5Ti1B是目前世界公認的最好的晶粒細化劑之一，但細化效果并不理想，據德國KBM公司統(tǒng)計，加入量為2公斤/噸，晶粒可細化到274-295微米，而且在使用中還存在作用時間短，易失效以及其在合金中形成的粗大的TiB2粒子在熱軋時會損壞軋輥，影響鋁箔的表面質量等問題，并且不能細化含Zr的鋁合金。而八十年代開發(fā)出的AlTiC細化劑雖然能細化多種合金，包括含Zr和Cr的高強度鋁合金，但性能還不夠穩(wěn)定，而且對一般鋁合金的晶粒細化效果也還不及AlTiB?？傊?，這些中間合金的細化作用還不能使鋁合金的性能特別是強韌化方面得到大幅度改善。
對于微晶化的研究，還有另外一些方法，諸如粉末冶金和快速凝固，但是這些方法在實際應用中都有很大的局限性，粉末冶金依賴于大批量粉末制備的經濟性和生產效率，而快速凝固只能制備粉末、細絲和薄板，而且要求的極高的冷卻速度在實際生產中也是極難達到的。
本發(fā)明針對現有方法的不足，研制出一類新型復合細化劑，即以液固相變理論和原位自生合成技術為基礎，旨在通過液固相變原位自生合成微細的第二相彌散質點，致使鋁及鋁合金高度微晶化和強韌化，從而達到高強度高塑性高韌性的目的。其特點是將原位自生合成的第二相質點的作為非自發(fā)形核核心產生的微晶化，與其第二相強化作用相結合，使鋁及鋁合金達到微晶化和強韌化。低成本高效益，適應于大規(guī)?；I(yè)生產。
本發(fā)明提出一種制備及其應用于鋁及鋁合金的微晶化及強韌化工藝的鐵碳硼復合細化劑的組成，其特征在于該類細化劑主要成分包括鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、硼(B)、碳(C)以及附加組元，各成份的含量為成分 含量(wt.％)鋁(Al) 83.00-99.987鈦(Ti) 0.010-6.000鐵(Fe) 0.001-5.000
硼(B) 0.001-3.500碳(C) 0.001-2.500附加組元 0.000-3.000所說的附加組元是針對某類成分的鋁合金，強化某些合金相的微晶化效果，從而進一步改善和提高合金的強韌性。
上述方法中的細化劑，應用于不同的鋁及合金鋁時，其主要成分范圍可略有不同，還可增加不同的組元成分，例如應用于工業(yè)純鋁時，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)92.750-99.987鈦(Ti)0.010-4.500鐵(Fe)0.001-0.050硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-1.000應用于亞共晶和共晶型鋁硅合金時，其主要成分范圍可為成分 含量(wt.％)鋁(Al)83.000-99.985鈦(Ti)0.010-6.000鐵(Fe)0.001-4.000硼(B) 0.001-3.000碳(C) 0.001-2.000鍶(Sr)0.001-1.000混合稀土(RE) 0.000-1.200應用于過共晶型鋁硅合金時，其主要成分范圍可為成分 含量(wt.％)鋁(Al)78.500-99.984鈦(Ti)0.010-6.000鐵(Fe)0.001-5.000硼(B) 0.001-3.500碳(C) 0.001-2.500鍶(Sr)0.001-1.500混合稀土(RE) 0.000-1.500磷(P) 0.001-1.000硫(S) 0.001-0.500應用于鋁銅類合金時，其主要成分范圍可為成分 含量(wt.％)
鋁(Al)86.500-99.986鈦(Ti)0.010-3.000鐵(Fe)0.001-5.000硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-2.000混合稀土(RE) 0.000-1.000磷(P) 0.001-1.000應用于鋁鎂類合金時，其主要成分范圍可為成分 含量(wt.％)鋁(Al)90.000-99.987鈦(Ti)0.001-3.000鐵(Fe)0.001-1.000硼(B) 0.001-2.500碳(C) 0.001-2.000混合稀土(RE) 0.000-1.500應用于鋁鋅類合金時，其主要成分范圍可為成分 含量(wt.％)鋁(Al)92.500-99.987鈦(Ti)0.010-2.500鐵(Fe)0.001-1.000硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-2.500混合稀土(RE) 0.000-0.500本發(fā)明制備上述細化劑的方法為，按予先設計要求的各成分的比例準備好鋁、鈦、鐵、硼、和碳等原料在坩鍋爐或感應爐內升溫溶化，精煉除渣，澆鑄成錠，即得到所需的各類成分和各種形狀〔包括絲、棒、顆粒和錠等〕的細化劑。
該類新型復合細化劑在鋁及鋁合金細化工藝過程中，所說的細化劑添加量為0.1-2.0公斤/噸，處理溫度為650-760℃，有效時間不小于1-2小時。
該類新型復合細化劑適用于工業(yè)純鋁及各類鋁合金的微晶化和強韌化。如，對工業(yè)純鋁，晶粒尺寸可細化到100μm以下；對鋁合金，晶粒尺寸可細化到150-200μm以下。同時，工業(yè)純鋁及各類鋁合金的強度、塑性和韌性都得到顯著提高。
本發(fā)明的實施方案，詳細描述如下實施例1應用于工業(yè)純鋁時，其主要成分范圍
成分 含量(wt.％)鋁(Al)94.999鈦(Ti)3.500鐵(Fe)0.001硼(B) 0.500碳(C) 1.000實施例2應用于亞共晶和共晶型鋁硅合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)90.490鈦(Ti)2.5000鐵(Fe)3.5000硼(B) 2.5000碳(C) 1.000鍶(Sr)0.005混合稀土(RE) 0.005實施例3工業(yè)純鋁的微晶化和強韌化工業(yè)純鋁100克，熔體加熱溫度約760℃，細化劑加入量0.2-1.0克/100克鋁，細化劑的組分與配比為鈦(Ti)3.500，鐵(Fe)0.001，硼(B)0.500等，加入細化劑后鋁熔體保溫15分鐘至2小時，在金屬型內澆鑄成直徑40毫米、高45毫米圓柱錠，距底面15毫米處的晶粒尺寸約100微米。12毫米標準金屬型試樣的拉伸性能為(μm)σb(MPa)σ0.2(MPa)l(％)未添加細化劑2000-300030-4020-2545-50添加細化劑 ～10070-7550-6080-85實施例4鑄鋁107的微晶化和強韌化鑄鋁107 100克，熔體加熱溫度約760℃，細化劑加入量0.2-1.0克/100克鋁，細化劑組分與配比為加入細化劑后鋁熔體保溫約30分鐘，在金屬型內澆鑄成直徑40毫米、高45毫米圓柱錠，距底面15毫米處的晶粒尺寸約150微米。12毫米標準金屬型試樣的拉伸性能(T6處理)為晶粒尺寸(μm) σb(MPa) σ0.2(MPa)l(％)未添加細化劑4000-5000 320-340210-230 3-4添加細化劑 ～200 400-430230-250 9-12實施例5
鑄鋁104的微晶化和強韌化鑄鋁104 100克，熔體加熱溫度約720℃，細化劑加入量0.2-1.0克/100克鋁，加入細化劑后鋁熔體保溫約30分鐘，在金屬型內澆鑄成直徑40毫米、高45毫米圓柱錠，距底面15毫米處的晶粒尺寸約200微米。12毫米標準金屬型試樣的拉伸性能(T5處理)為晶粒尺寸(μm)σb(MPa)σ0.2(MPa)l(％)未添加細化劑4000-5000 240-250190-200 1-2添加細化劑 ～200 330-350270-280 5-權利要求
1.一種制備及其應用于鋁及鋁合金的微晶化及強韌化工藝的鐵碳硼復合細化劑的組成，其特征在于該類細化劑主要成分包括鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、硼(B)、碳(C)、以及強化微晶化效果的附加組元，各成份的含量為成分 含量(wt.％)鋁(Al) 83.00-99.987鈦(Ti) 0.010-6.000鐵(Fe) 0.00l-5.000硼(B) 0.001-3.500碳(C) 0.001-2.500附加組元 0.000-3.000
2.如權利要求1中所述的應用于工業(yè)純鋁時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al) 92.750-99.987鈦(Ti) 0.010-4.500鐵(Fe) 0.001-0.050硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-1.000
3.如權利要求1中所述的應用于亞共晶和共晶型鋁硅合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)83.000-99.985鈦(Ti)0.010-6.000鐵(Fe)0.001-4.000硼(B) 0.001-3.000碳(C) 0.001-2.000鍶(Sr)0.001-1.000混合稀土(RE) 0.000-1.200
4.如權利要求1中所述的應用于過共晶型鋁硅合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)78.500-99.984鈦(Ti)0.010-6.000鐵(Fe)0.001-5.000硼(B) 0.001-3.500碳(C) 0.001-2.500鍶(Sr)0.001-1.500混合稀土(RE) 0.000-1.500磷(P) 0.001-1.000硫(S) 0.001-0.500
5.如權利要求1中所述的應用于鋁銅類合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)86.500-99.986鈦(Ti)0.010-3.000鐵(Fe)0.001-5.000硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-2.000混合稀土(RE) 0.000-1.000磷(P) 0.001-1.000
6.如權利要求1中所述的應用于鋁鎂類合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)90.000-99.987鈦(Ti)0.001-3.000鐵(Fe)0.001-1.000硼(B) 0.001-2.500碳(C) 0.001-2.000混合稀土(RE) 0.000-1.500
7.如權利要求1中所述的應用于鋁鋅類合金時的細化劑，其主要成分范圍成分 含量(wt.％)鋁(Al)92.500-99.987鈦(Ti)0.010-2.500鐵(Fe)0.001-1.000硼(B) 0.001-1.500碳(C) 0.001-2.500混合稀土(RE) 0.000-0.500
全文摘要
本發(fā)明涉及一類新型鐵碳硼復合細化劑的組成、制備及其應用于鋁及鋁合金的微晶化及強韌化工藝。本發(fā)明提出一種制備及其應用于鋁及鋁合金的微晶化及強韌化工藝的鐵碳硼復合細化劑的組成，其特征在于該類細化劑主要成分包括鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、硼(B)、碳(C)以及附加組元，其特點是將原位自生合成的第二相質點作為非自發(fā)形核核心產生的微晶化，并與其第二相強化作用相結合，使鋁及鋁合金達到微晶化和強韌化。低成本高效益，適應于大規(guī)?；I(yè)生產。
文檔編號C22C21/00GK1167163SQ9710414
公開日1997年12月10日 申請日期1997年4月25日 優(yōu)先權日1997年4月25日
發(fā)明者方鴻生, 仝興存, 鄭燕康, 馬洪濤 申請人:清華大學