细化铝合金铸态组织的方法

摘要

本申请公开了一种细化铝合金铸态组织的方法，涉及冶金的技术领域，本申请的细化铝合金铸态组织的方法，包括取铝合金和稀土；熔炼铝合金；在铝合金的熔炼过程中，以中间合金的形式添加稀土，得到铝合金熔体；其中，稀土在铝合金熔体内的浓度为0.01－1.2wt％。对铝合金熔体进行除气；对经过除气的铝合金熔体进行过滤处理；对经过过滤处理的铝合金熔体进行第一次电磁净化处理；对经过第一次电磁净化处理的铝合金熔体添加细化剂；对添加细化剂的铝合金熔体进行第二次电磁净化处理；对经过第二次电磁净化处理的铝合金熔体进行浇铸。故本申请通过在铝合金熔体中添加适量的稀土元素，可以抑制凝固初期的形核行为。

权利要求

1.一种细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，包括：熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体；

对所述铝合金熔体进行过滤处理；

对经过过滤处理的所述铝合金熔体进行第一次电磁净化处理；

对经过第一次电磁净化处理的所述铝合金熔体添加细化剂；

对添加细化剂的所述铝合金熔体进行第二次电磁净化处理；

对经过第二次电磁净化处理的所述铝合金熔体进行浇铸，其中，所述第一次电磁净化处理的功率大于所述第二次电磁净化处理的功率；

所述第二次电磁净化处理的功率与所述第一次电磁净化处理的功率的比值为0.3‑

0.9。

2.根据权利要求1所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，在所述对所述铝合金熔体进行过滤处理之前，还包括：对所述铝合金熔体进行除气处理。

3.根据权利要求1所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体中，包括：取所述铝合金和所述稀土；

熔炼所述铝合金；

在所述铝合金的熔炼过程中，以中间合金的形式添加稀土，得到所述铝合金熔体；

其中，所述稀土在所述铝合金熔体内的浓度为0.01‑1.2wt％。

4.根据权利要求1所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述细化剂的材料包括Al‑Ti‑B、Al‑Ti‑C、Sc或Er。

5.根据权利要求4所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述细化剂的材料采用Al‑Ti‑B。

6.根据权利要求1所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述稀土能采用镧、铈或镧铈复合稀土。

7.根据权利要求6所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述稀土采用镧铈复合稀土。

8.根据权利要求1所述的细化铝合金铸态组织的方法，其特征在于，所述过滤处理采用陶瓷过滤板。

说明书

细化铝合金铸态组织的方法

技术领域

[0001] 本申请涉及冶金的技术领域，具体而言，涉及一种细化铝合金铸态组织的方法。

背景技术

[0002] 随着铝制品在工业生产和人民生活中的广泛应用，尤其是在高新科学技术领域中的应用，对其在后续加工工艺中的组织、性能提出了更为严格的要求，而控制其组织和性能的关键因素之一是熔铸细小等轴α‑Al晶粒结构。

[0003] 细小等轴α‑Al晶粒结构不仅可以提高金属材料的强度和塑性，还可以有效抑制偏析、消除内应力和减小热裂倾向，提高材料综合性能。因此细化铸态晶粒是解决上述问题的重要途径。当前，工业上较为成熟的方法是在浇铸前向铝合金熔体中添加细化剂，增加形核核心的密度，从而实现合金铸态组织的细化。常用的细化剂包括Al‑Ti‑B及Al‑Ti‑C，其产生的晶粒细化效果来源于上述细化剂中优异的形核基底TiB2或TiC。

[0004] 研究证实，细化剂的细化效果会受到形核基底尺寸分布的影响。根据形核理论，直径较大的粒子会率先形核，并对周围未形核的基底粒子产生抑制作用。因此，简单增加细化剂用量往往难以产生理想的细化效果。

发明内容

[0005] 本申请的目的在于提供一种细化铝合金铸态组织的方法，其能够通过在铝合金熔体中添加适量的稀土元素，可以细化铝合金铸态组织。

[0006] 本申请的实施例是这样实现的：

[0007] 一种细化铝合金铸态组织的方法，包括熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体；对经过除气的所述铝合金熔体进行过滤处理；对经过过滤处理的所述铝合金熔体进行第一次电磁净化处理；对经过第一次电磁净化处理的所述铝合金熔体添加细化剂；对添加细化剂的所述铝合金熔体进行第二次电磁净化处理；对经过第二次电磁净化处理的所述铝合金熔体进行浇铸。

[0008] 于一实施例中，在所述对所述铝合金熔体进行过滤处理之前，还包括对所述铝合金熔体进行除气处理。

[0009] 于一实施例中，所述熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体中，包括取所述铝合金和所述稀土；熔炼所述铝合金；在所述铝合金的熔炼过程中，以中间合金的形式添加稀土，得到所述铝合金熔体；其中，所述稀土在所述铝合金熔体内的浓度为0.01－1.2wt％。

[0010] 于一实施例中，所述细化剂的材料包括Al－Ti－B、Al－Ti－C、Sc或Er。

[0011] 于一实施例中，所述细化剂的材料采用Al－Ti－B。

[0012] 于一实施例中，所述第一次电磁净化处理的功率大于所述第二次电磁净化处理的功率；

[0013] 于一实施例中，所述第二次电磁净化处理的功率与所述第一次电磁净化处理的功率的比值为0.3－0.9。

[0014] 于一实施例中，所述稀土能采用镧、铈或镧铈复合稀土。

[0015] 于一实施例中，所述稀土采用镧铈复合稀土。

[0016] 于一实施例中，所述过滤处理采用陶瓷过滤板。

[0017] 本申请与现有技术相比的有益效果是：

[0018] 本申请的细化铝合金铸态组织的方法通过在铝合金熔体中添加适量的稀土元素，可以抑制凝固初期的形核行为，细化铝合金铸态组织。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0020] 图1为Al‑5Ti‑1B细化剂中TiB2粒子的直径分布图。

[0021] 图2为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。

[0022] 图3为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。

[0023] 图4为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。

[0024] 图5为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。

[0025] 图6为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。

[0026] 图7为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。

具体实施方式

[0027] 术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0028] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0029] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0030] 在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

[0031] 下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0032] 请参照图1，其为Al‑5Ti‑1B细化剂中TiB2粒子的直径分布图。研究证实，细化剂的细化效果会受到形核基底尺寸分布的影响。以Al‑5Ti‑1B细化剂为例，其中的TiB2粒子直径从0.3μm‑6μm，且直径较大粒子的数量占比相对较少。根据形核理论，直径较大的粒子会率先形核，并对周围未形核的基底粒子产生抑制作用，简单增加细化剂用量往往难以产生理想的细化效果。因此，在利用现有细化剂的细化能力的同时，在铝合金熔体中加入稀土，可以较好的细化铝合金铸态组织。

[0033] 请参照图2，其为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。一种细化铝合金铸态组织的方法，该方法包括以下步骤：

[0034] 步骤S101：熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体。

[0035] 在上述步骤中，稀土元素可以用于铝合金的铸态组织细化。但是由于稀土元素实际是17种元素的总称，各元素所起的作用及其机理并不相同。当前较为公认的起到较好细化效果的是钪(Sc)元素和铒(Er)元素，其细化机理明确。在铝合金熔体中形成Al3Sc或Al3Er化合物粒子，这些化合物粒子的晶格类型和晶格常数与固态铝相近，因此可以作为有效的形核核心促进α‑Al晶粒形核。稀土镧(La)和铈(Ce)是更为便宜的一类稀土元素，且储量大。

[0036] 因此，本实施例选用稀土元素镧(La)、铈(Ce)或镧铈复合稀土(La/Ce)，进一步的，选用镧铈复合稀土(La/Ce)。在铝合金熔炼的末期，以中间合金的形式添加镧铈复合稀土(La/Ce)，得到铝合金熔体。其中，将某些单质做成合金，使其便于加入到合金中，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题的同时对原材料影响不大的特种合金叫中间合金。镧铈复合稀土(La/Ce)在铝合金熔体内的浓度为0.01－1.2wt％，铝合金熔体的流量为5吨/小时。进一步的，镧铈复合稀土(La/Ce)在铝合金熔体内的浓度为0.06wt％，镧铈复合稀土(La/Ce)在铝合金熔体的凝固过程中，起到抑制凝固初期的形核行为的作用，提高合金熔体的过冷度。

[0037] 步骤S102：对铝合金熔体进行过滤处理。

[0038] 在上述步骤中，是对经过除气处理的铝合金熔体过滤处理，过滤处理可以采用陶瓷过滤板对铝合金熔体进行过滤处理，用于去除铝合金熔体10微米以上的原生粗大夹杂物。陶瓷过滤板可以是60目规格的。

[0039] 步骤S103：对经过过滤处理的铝合金熔体进行第一次电磁净化处理。

[0040] 在上述步骤中，电磁净化的功率采用36kW，全面去除10微米以下的原生微小夹杂物，获得相对洁净熔体。

[0041] 步骤S104：对经过第一次电磁净化处理的铝合金熔体添加细化剂。

[0042] 在上述步骤中，在铝合金熔体中添加细化剂，细化剂的材料包括铝钛硼(Al－Ti－B)、铝钛碳(Al－Ti－C)、钪(Sc)或铒(Er)，本实施例中，选用铝钛硼(Al－Ti－B)细化剂，进一步的，选用Al－5Ti－1B细化剂，添加量为每100克铝合金熔体中添加0.25克细化剂。

[0043] 步骤S105：对添加细化剂的铝合金熔体进行第二次电磁净化处理。

[0044] 在上述步骤中，由于细化剂粒子尺寸范围分布较大，在第二次电磁净化处理过程中采用较小功率。因此，第二次电磁净化处理的功率需小于第一次电磁净化处理的功率，进一步的，第二次电磁净化处理的功率与第一次电磁净化处理的功率的比值为0.3－0.9，本实施例中，第二次电磁净化处理的功率为22kW。第二次电磁净化处理，仅针对3－10微米范围内的细化剂粒子进行去除，经二次电磁净化处理后，铝合金熔体中的细化剂粒子尺寸分布主要集中在1－2微米。

[0045] 步骤S106：对经过第二次电磁净化处理的铝合金熔体进行浇铸。

[0046] 在上述步骤中，处理完成后铝液经半连续铸造形成铸锭，铸造温度为700℃。经检测，合金的平均晶粒尺寸为在80－120微米。

[0047] 本申请的细化铝合金铸态组织的方法的适用范围为，适用于可以使用Al‑Ti‑B细化剂、Al‑Ti‑C细化剂、含Sc细化剂或含Er细化剂进行铸态组织细化的铝合金，可以用于连铸及半连铸过程，由于本方法中需进行2次电磁净化，会适当增加熔铸成本，因此更适合于对合金品质要求较高的铸锭的制备。

[0048] 请参照图3，其为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。一种细化铝合金铸态组织的方法，该方法包括以下步骤：

[0049] 步骤S201：熔炼铝合金并添加稀土，得到铝合金熔体。

[0050] 详细参见上述实施例中对步骤S101的描述。

[0051] 步骤S202：对铝合金熔体进行除气处理。

[0052] 步骤S203：对经过除气处理的铝合金熔体进行过滤处理。

[0053] 在上述步骤中，是对经过除气处理的铝合金熔体过滤处理，过滤处理可以采用陶瓷过滤板对铝合金熔体进行过滤处理，用于去除铝合金熔体10微米以上的原生粗大夹杂物。陶瓷过滤板可以是60目规格的。

[0054] 步骤S204：对经过过滤处理的铝合金熔体进行第一次电磁净化处理。

[0055] 详细参见上述实施例中对步骤S103的描述。

[0056] 步骤S205：对经过第一次电磁净化处理的铝合金熔体添加细化剂。

[0057] 详细参见上述实施例中对步骤S104的描述。

[0058] 步骤S206：对添加细化剂的铝合金熔体进行第二次电磁净化处理。

[0059] 详细参见上述实施例中对步骤S105的描述。

[0060] 步骤S207：对经过第二次电磁净化处理的铝合金熔体进行浇铸。

[0061] 详细参见上述实施例中对步骤S106的描述。

[0062] 请参照图4，其为本申请一实施例示出的细化铝合金铸态组织的方法的流程示意图。一种细化铝合金铸态组织的方法，该方法包括以下步骤：

[0063] 步骤S301：取铝合金和稀土。

[0064] 步骤S302：熔炼铝合金。

[0065] 步骤S303：在铝合金的熔炼过程中，以中间合金的形式添加稀土，得到铝合金熔体。

[0066] 步骤S304：对铝合金熔体进行除气处理。

[0067] 详细参见上述实施例中对步骤S202的描述。

[0068] 步骤S305：对经过除气处理的铝合金熔体进行过滤处理。

[0069] 详细参见上述实施例中对步骤S203的描述。

[0070] 步骤S306：对经过过滤处理的铝合金熔体进行第一次电磁净化处理。

[0071] 详细参见上述实施例中对步骤S204的描述。

[0072] 步骤S307：对经过第一次电磁净化处理的铝合金熔体添加细化剂。

[0073] 详细参见上述实施例中对步骤S205的描述。

[0074] 步骤S308：对添加细化剂的铝合金熔体进行第二次电磁净化处理。

[0075] 详细参见上述实施例中对步骤S206的描述。

[0076] 步骤S309：对经过第二次电磁净化处理的铝合金熔体进行浇铸。

[0077] 详细参见上述实施例中对步骤S207的描述。

[0078] 请参照图5，其为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。Al‑1.0Si合金的半连续铸造过程中，在Al‑1.0Si合金的熔炼末期以中间合金形式添加镧铈复合稀土(La/Ce)，镧铈复合稀土(La/Ce)在铝合金熔体中的浓度为0.06wt％，铝液流量5吨/小时。经熔炼及除气后，采用60目的陶瓷过滤板进行过滤，然后采用电磁净化装置进行第一次净化处理，电磁净化功率为36kW。然后在铝合金熔体中添加Al‑5Ti‑1B细化剂，细化剂的添加量为每100克铝合金熔体中添加0.25克细化剂。然后采用电磁净化装置进行第二次处理，电磁净化功率为22kW。处理完成后铝液进入结晶器经半连续铸造形成铸锭，铸造温度
700℃。经检测，合金的平均晶粒尺寸为100微米。

[0079] 请参照图6，其为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。请参照图7，其为本申请一实施例示出的铝合金的金相宏观晶粒组织示意图。图6为在710℃的温度下进行浇铸且不加稀土的Al‑Cu合金的金相宏观晶粒组织示意图，图7为在710℃的温度下进行浇铸的过程中，加入镧铈复合稀土(La/Ce)所得到的Al‑Cu合金的金相宏观晶粒组织示意图。由图6和图7可知，添加镧铈(La/Ce)混合稀土后，合金的铸态组织的晶粒度明显粗化。

[0080] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。