一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法_2

文档序号:9804814阅读:来源:国知局
体的尺寸(长与宽)为IcmX Icm?5cmX 5cm。
[0057]锭模步骤;
[0058]将石墨锭模放入电阻炉中升温至200?500°C时,保温2?4h,然后将充分预热的锭模装入感应电炉内,并在锭模上安装浇口杯,浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器,以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
[0059]打结坩祸步骤;
[0060]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0061 ]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内,并在600?800°C条件下预烧结坩祸2?4h后,得到预处理后坩祸待用。
[0062]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0063]在装料步骤中;
[0064]为了加速炉料的恪化,Al块放在氧化镁i甘祸壁的附近,在Al块上放入Al-Nb中间合金块,再放入海绵Ti,然后放入用铝箔包裹好的B粉末或者Al-B中间合金块,最后在上部放入RE块或者A1-RE中间合金块。
[0065]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0066]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的复合细化变质剂成分均匀。
[0067]熔化与精炼复合步骤;
[0068]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线(如图1所示)进行,第一阶段功率为5?10KW,加热时间为20?40min;第二阶段功率为15?25KW,加热时间为5?1min;第三阶段功率为25?40KW,加热时间为5?1min;然后在功率为20?30KW的条件下精炼10?30min;断电,静置10?30min后,扒渣,得到洁净的熔液以备浇注。
[0069]在第一阶段后加入覆盖剂,以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50#%的如(:1和5(^七%的1((:1组成。
[0070]在浇注步骤中;
[0071 ]以功率10?15KW给电,使洁净的熔液从坩祸中浇注到锭模中,得到目标成分的Al-xNb-yT1-zB-kRE。
[0072]本发明提出了一种熔炼工艺过程简单,易操作控制,能精确地控制Al-xNb-yT1-zB-kRE复合细化变质剂的成分,所得复合细化变质剂中杂质化学成分低,有利于后续的使用效果。将本发明制得的ΑΙ-xNb-yT1-zB-kRE复合细化变质剂应用于铝合金进行晶粒细化变质处理,细化效果优异,共晶硅的变质效果提高;对形状复杂、薄厚不同的铸件各部位(冷却速度不同)细化效果的冷速敏感性较低,细化变质后合金的机械性能得到显著提高,尤其是铸件具有较低冷速部位(厚壁部位)的性能提高程度大,显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异,有利于合金部件综合性能的提高。
[0073]实施例1
[0074]Al-4Nb-3T1-B-0.5La_0.5Ce复合细化变质剂及其制备方法
[0075]配制复合细化变质剂的目标成分:
[0076]复合细化变质剂的目标成分为Al-4Nb-3Ti_B-0.5La_0.5Ce ;
[0077]用量:制备1Kg的Al-4Nb-3Ti_B-0.5La_0.5Ce复合细化变质剂需要4Kg的Al-1ONb,0.3Kg纯度为99.7%的海绵钛(Ti)、0.1Kg的纯度为99.5%的硼(B)粉、0.05Kg的纯度为99.0wt %的金属镧(La)、0.05Kg的纯度为99.0wt %的金属铈(Ce)、以及余量的尺寸为5 X5cm的Al块。
[0078]锭模步骤;
[0079]将石墨锭模放入电阻炉中升温至500°C时,保温2h,然后将充分预热的锭模装入感应电炉内,并在锭模上安装浇口杯,浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器,以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
[0080]打结坩祸步骤;
[0081 ]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0082]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内,并在800°C条件下预烧结坩祸2h后,得到预处理后坩祸待用。
[0083]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0084]在装料步骤中;
[0085]为了加速炉料的恪化,Al块放在氧化镁i甘祸壁的附近,在Al块上放入Al-1ONb中间合金块,再放入海绵Ti,然后再放入用铝箔包裹好的B粉末,最后在上部放入金属镧和金属铺。
[0086]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0087]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的复合细化变质剂成分均匀。
[0088]熔化与精炼复合步骤;
[0089]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行,第一阶段功率为8KW,加热时间为30min;然后功率升至20KW(第二阶段功率),加热时间为1min;然后功率升至30KW(第三阶段功率),加热时间为1min;然后在功率为25KW的条件下精炼1min;断电,静置1min后,扒渣,得到洁净的熔液以备浇注。
[0090]在第一阶段后加入覆盖剂,以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50#%的如(:1和5(^七%的1((:1组成。
[0091]在浇注步骤中;
[0092]以功率1KW给电,使洁净的熔液从坩祸中浇注到锭模中,得到目标成分的Al-4Nb-3T1-B-0.5La-0.5Ce ο
[0093]细化变质效果比较:
[0094]对ZLlOl铝合金进行晶粒细化变质处理,即采用功率为5kW的石墨坩祸电阻炉熔炼ZLlOl合金,待合金完全熔化后,将温度降至740°C,保温lOmin,扒渣。待熔体温度降至725°C时,加入0.3wt % 的Al-4Nb-3T1-B-0.5La_0.5Ce复合细化变质剂,或者0.3wt % 的Al_5Ti_B和Al-1OSr变质剂,静置15min,撇渣,最后将熔体浇注入预热200°C的高纯石墨模具中,冷却后,分别得到试样I和试样2。
[0095]采用金相及电子探针扫描电子显微镜测试试样I和试样2,得到的显微形貌照片如图2和图3所示。在相同的实验条件下,试样I的平均晶粒大小细化至200微米,二次枝晶间距细化至约28微米;试样2的平均晶粒大小细化至420微米,二次枝晶间距细化至约62微米,可见本发明制备的Al-4Nb-3T1-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂比传统的Al_5Ti_B细化剂具有更优异的细化效果。
[0096]由图2及图3可知,采用实施例1制得的Al-4Nb-3T1-B-0.5La-0.5Ce复合细化变质剂比常规使用的变质剂对共晶Si具有更优的变质效果。
[0097]实施例2
[0098]制备Al-5Nb-3T1-0.5B-0.5La_0.5Er 复合细化变质剂
[0099]配制复合细化变质剂的目标成分:
[0100]复合细化变质剂的目标成分为Al-5Nb-3T1-0.5B-0.5La-0.5Er;
[0101 ] 用量:制备1Kg的Al-5Nb-3T1-0.5B-0.5La_0.5Er复合细化变质剂需要5Kg的Al-10恥、0.3敁纯度为99.7%的海绵钛(1^)、1敁的纯度为99.5%的六1-58中间合金块、0.051^的纯度为99.0的%的金属镧(La)、0.05Kg的纯度为99.0的%的金属铒(Er)、以及余量的尺寸为5 X 5cm的Al块。A1-5B中间合金块的尺寸为3 X 3cm。
[0102]锭模步骤;
[0103]将石墨锭模放入电阻炉中升温至400°C时,保温2h,然后将充分预热的锭模装入感应电炉内,并在锭模上安装浇口杯,浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器,以待浇注。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于复合细化变质剂熔体的洁净化。
[0104]打结坩祸步骤;
[0105 ] 在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0106]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内,并在650°C条件下预烧结坩祸2h后,得到预处理后坩祸待用。
[0107]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0108]在装料步骤中;
[0109]为了加速炉料的恪化,Al块放在氧化镁i甘祸壁的附近,在Al块上放入Al-1ONb中间合金块,再放入海绵Ti,然后再放入A1-5B中间合金块,最后在上部放入金属镧和金属铒。
[0110]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0111]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的复合细化变质剂成分均匀。
[0112]熔化与精炼复合步骤;
[0113]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行,第一阶段功率为1K W,加热时间为25min;然后功率升至20KW(第二阶段功率),加热时间为8min;然后功率升至30KW(第三阶段功率),加热时间为5min;然后在功率为20KW的条件下精炼20min;断电,静置1min后,扒渣,
得到洁净的熔液以备浇注。
[0114]在第一阶段后加入覆盖剂,以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50#%的如(:1和5(^七%的1((:1组成。
[0115]在浇注步骤中;
[0116]以功率1KW给电,使洁净的熔液从坩祸中浇注到锭模中,得到目标成分的Al-5Nb-3Ti_0.5B_0.5La-0.5Er0
[0117]复合细化变质剂细化效果的冷速敏感性分析:
[0118]为了分析复合细化变质剂细化效果的冷速敏感性,采用高纯石墨锥形模具,锥形模具不同位置处直径不同,浇注所得合金试样壁厚不同,冷速速度亦不同,在模具不同位置处,分别插入热电偶测量温度,采集数据后得到不同位置处的冷速速度变化由1°C/S到35°C/s,分析不同冷速条件下试样细化效果的变化程度,可得到复合细化变质剂细化效果随冷速速度变化的敏感性程度。
[0119]实验采用功率为5kW的石墨坩祸电阻炉熔炼6063铝合金,待合金完全熔化后,将温度降至740°C,保温lOmin,扒渣。待熔体温度降至725°C时
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