專利名稱：通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法
專利說明通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的加工工藝，特別涉及在鋁鈦硼合金的制造中通過控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力變化量的方法。
背景技術(shù)：
鋁鈦硼合金是全球范圍內(nèi)鋁材加工中普遍使用并且最為有效的細(xì)化鋁及鋁合金凝固晶粒的中間合金。鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力是決定鋁加工材品質(zhì)好壞的重要因素之一，鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力越高，則鋁加工材的屈服強(qiáng)度越高、壓延塑性越好、韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，反之鋁加工材品質(zhì)越差，這一點(diǎn)在鋁加工材應(yīng)用于航空航天上時(shí)體現(xiàn)得更加明顯。為此，各鋁鈦硼合金的生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在大力加強(qiáng)鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的研究，美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)還特別規(guī)定晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A(以下簡(jiǎn)稱AA值)，AA值是度量鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力高低的數(shù)量值，AA值越小表示鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力越強(qiáng)，即添加AA值越小的鋁鈦硼合金后制成的鋁及鋁合金的晶粒越細(xì)小，AA值由最先的250逐漸降為130?，F(xiàn)有鋁鈦硼合金加工技術(shù)中，普遍注重材料組分、熔煉工藝等方面的研究，而忽略了鋁鈦硼合金在軋制壓力加工過程中的質(zhì)量控制；壓力加工包括軋機(jī)軋制和鑄擠機(jī)擠壓兩種，目前片面地認(rèn)為壓力加工對(duì)鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力無影響，也不知道壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、壓力加工前后的溫差、出口線速度、機(jī)架數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力變化量的關(guān)系，只是憑經(jīng)驗(yàn)控制壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、壓力加工前后的溫差等，沒有建立一套可定量?jī)?yōu)化控制的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在設(shè)定壓力加工參數(shù)如壓力加工前后的溫度差、出口線速度和機(jī)架數(shù)的情況下，通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法，解決目前存在的不能定量與優(yōu)化控制鋁鈦硼合金壓力加工參數(shù)的問題以及由此帶來的鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化的技術(shù)問題。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為提供一種通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法，該方法包括 A.首先建立鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，即 ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機(jī)架數(shù)； B.設(shè)定加工參數(shù)V、ΔT和n，然后通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D，以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。
在鋁鈦硼合金的制造中有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)既能應(yīng)用在制造鋁鈦硼合金的軋機(jī)中也能應(yīng)用在制造鋁鈦硼合金的鑄擠機(jī)中，所述函數(shù)關(guān)系既符合單一機(jī)架的計(jì)算，也符合多個(gè)機(jī)架的總計(jì)算，同時(shí)也符合多個(gè)機(jī)架中最后一個(gè)機(jī)架的計(jì)算。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量?jī)?yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對(duì)加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量。同時(shí)，采用上述方案后，在設(shè)定壓力加工參數(shù)壓力如加工前后的溫度差、出口線速度和機(jī)架數(shù)的情況下，通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量；晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時(shí)，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的軋機(jī)的單機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的鑄擠機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1至圖4中有關(guān)部位名稱為坩堝10、結(jié)晶輪20、軋機(jī)30、軋輥31、鑄擠機(jī)40、冷卻液50。
具體實(shí)施方式

本案申請(qǐng)人經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)摸索后得出結(jié)論，在鋁鈦硼合金壓力加工過程中，壓力加工參數(shù)將直接影響到鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力。為此，本申請(qǐng)人通過進(jìn)口連鑄連軋?jiān)O(shè)備、申請(qǐng)人自產(chǎn)的連鑄連軋?jiān)O(shè)備、申請(qǐng)人自產(chǎn)的連鑄連擠設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，摸索出壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的關(guān)系；以下為本申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中得到的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表 表1
在鋁鈦硼合金制造中有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm、即截面積為70.8mm2。表1為使用連鑄連軋?jiān)O(shè)備得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，連鑄連軋?jiān)O(shè)備包括軋機(jī)30、冷卻壓力加工過程中的鋁鈦硼合金的冷卻模塊、冷卻模塊包括檢測(cè)鋁鈦硼合金壓力加工前后溫度的測(cè)溫器。鋁鈦硼合金通過軋機(jī)30的兩個(gè)軋輥31配合軋機(jī)完成壓力加工，鋁鈦硼合金在壓力加工前、后和壓力加工過程中都是固態(tài)。在壓力加工中，存在著兩個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)，即受壓前和解壓后；在軋機(jī)30的壓力加工過程中，鋁鈦硼合金在受壓前的瞬間溫度和輸入溫度近似相等，解壓后的瞬間溫度和輸出溫度近似相等，因此，在軋機(jī)30上檢測(cè)鋁鈦硼合金壓力加工前、后兩點(diǎn)的溫度較為方便。
圖1為應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經(jīng)過結(jié)晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金進(jìn)入軋機(jī)30壓力加工。軋機(jī)30的機(jī)架數(shù)n可以為3、4、5、6、7、8、9、10。如圖1所示，軋機(jī)30中的機(jī)架數(shù)n為10。如圖3所示，軋機(jī)30中的軋輥31能承受鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積S1，并能調(diào)節(jié)軋輥31使得滿足鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積S2。測(cè)溫器至少有兩個(gè)，分別檢測(cè)鋁鈦硼合金軋制壓力加工前、后的溫度，鋁鈦硼合金壓力加工前的溫度為300-450℃，鋁鈦硼合金經(jīng)過軋機(jī)30后溫度會(huì)升高，冷卻模塊噴灑冷卻液在軋機(jī)30的軋輥31和軋制中的鋁鈦硼合金上；通過控制冷卻液50的流量使得鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差ΔT控制在一個(gè)合理的范圍，冷卻液50可以是水；最后鋁鈦硼合金從軋機(jī)30出來后形成鋁鈦硼合金桿。
從表1使用連鑄連軋?jiān)O(shè)備得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，申請(qǐng)人經(jīng)過反復(fù)研究和總結(jié)后得到的壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的函數(shù)關(guān)系為ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，通過表1數(shù)值計(jì)算得出K為7.55，D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，ΔT和V有函數(shù)關(guān)系V＝3ΔT-6，V≥1m/s、且出口線速度V目前能達(dá)到的最大值為30m/s，n為機(jī)架數(shù)。
所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合軋機(jī)的多個(gè)機(jī)架的總計(jì)算，也符合軋機(jī)的單一機(jī)架的計(jì)算，如符合軋機(jī)的最后一個(gè)機(jī)架的計(jì)算；當(dāng)n＝1時(shí)，必定指的是最后一個(gè)機(jī)架的計(jì)算，最后一個(gè)機(jī)架中輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的截面積為70.8mm2。
在鋁鈦硼合金制造中，一般壓力加工參數(shù)如壓力加工前后的溫度差ΔT、出口線速度V和機(jī)架數(shù)n都在設(shè)定后固定不變，通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。如表1所示，在設(shè)定ΔT＝4℃，V＝6m/s，n＝8時(shí)，通過控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D從10.7變化到16.9，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA從15.2變化到24.0，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A1為一定值130時(shí)，鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A2從115變化到106。
表2
在鋁鈦硼合金的制造中有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。表2為使用申請(qǐng)人自產(chǎn)的連鑄連擠設(shè)備得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。連鑄連擠設(shè)備包括鑄擠機(jī)40、冷卻壓力加工過程中的鋁鈦硼合金的冷卻模塊、冷卻模塊包括檢測(cè)鋁鈦硼合金壓力加工前后溫度的測(cè)溫器。鋁鈦硼合金通過在鑄擠機(jī)40的一個(gè)輥內(nèi)部完成壓力加工，鋁鈦硼合金在壓力加工前、后是固態(tài)，在壓力加工過程中是半固態(tài)。在壓力加工中，存在著兩個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)，即受壓前和解壓后；在鑄擠機(jī)40的壓力加工中，鋁鈦硼合金在受壓前的瞬間溫度為摩擦起熱點(diǎn)的溫度，解壓后的瞬間溫度為從鑄擠機(jī)40擠出來時(shí)的溫度，因此，要注意在鑄擠機(jī)40上檢測(cè)鋁鈦硼合金壓力加工前、后兩點(diǎn)的溫度的準(zhǔn)確性。
圖2為應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經(jīng)過結(jié)晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金經(jīng)過鑄擠機(jī)40的壓力加工，鑄擠機(jī)40的機(jī)架數(shù)n如圖2所示為1，如圖4所示，鑄擠機(jī)40能承受鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積S1，并能調(diào)節(jié)使得滿足鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積S2。測(cè)溫器至少有兩個(gè)、分別檢測(cè)鋁鈦硼合金壓力加工前、后的溫度，鋁鈦硼合金經(jīng)過在鑄擠機(jī)40里加工時(shí)溫度會(huì)升高使得鋁鈦硼合金呈半流態(tài)，冷卻模塊噴灑冷卻液到鑄擠機(jī)40的輥內(nèi)部，通過控制冷卻液的流量使得鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差ΔT控制在一個(gè)合理的范圍，冷卻液可以是水；最后鋁鈦硼合金從鑄擠機(jī)40擠出來形成鋁鈦硼合金桿。
從表2使用連鑄連擠設(shè)備得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，申請(qǐng)人經(jīng)過反復(fù)研究和總結(jié)后得到的壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的函數(shù)關(guān)系為ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，通過表1數(shù)值計(jì)算得出K為7.55；D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機(jī)架數(shù)，n＝1。
所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合鑄擠機(jī)的單一機(jī)架的計(jì)算，當(dāng)n＝1時(shí)，必定指的是最后一個(gè)機(jī)架的計(jì)算，最后一個(gè)機(jī)架中輸出鋁鈦硼合金產(chǎn)品的截面積為70.8mm2。
在鋁鈦硼合金制造中，一般壓力加工參數(shù)如壓力加工前后的溫度差ΔT、出口線速度V和機(jī)架數(shù)n都在設(shè)定后固定不變，然后通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。如表2所示，在設(shè)定ΔT＝150℃，V＝4m/s，n＝1時(shí)，通過控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D從10.7變化到19.8，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA從2.2變化到4.0，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A1為一定值130時(shí)，鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A2從128變化到126。
本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中未能定量?jī)?yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對(duì)加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量。同時(shí)，采用上述方案后，在設(shè)定壓力加工參數(shù)、壓力加工前后的溫度差、出口線速度和機(jī)架數(shù)的情況下，然后通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量，晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時(shí)，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法，其特征在于該方法包括
A.首先建立鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，即
ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)
其中K為常數(shù)，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機(jī)架數(shù)；
B.設(shè)定加工參數(shù)V、ΔT和n，然后通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比D，以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量?jī)?yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對(duì)加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量。同時(shí)，采用上述方案后，在設(shè)定壓力加工參數(shù)如壓力加工前后的溫度差、出口線速度和機(jī)架數(shù)的情況下，通過精確控制鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量，晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時(shí)，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。
文檔編號(hào)C22F1/04GK101768708SQ201010110068
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者張新明, 陳學(xué)敏, 李建國(guó), 劉超文, 李賽毅 申請(qǐng)人:新星化工冶金材料(深圳)有限公司