本發(fā)明屬于冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種Al-Ti-RE中間合金的制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，鋁及其合金由于質(zhì)量輕，性價(jià)比優(yōu)良，造型美，綜合性能好，已經(jīng)在機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空與軍事工業(yè)等高科技領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，眾所周知，鋁熔液在凝固結(jié)晶過程中容易產(chǎn)生粗大的柱狀晶和羽毛狀晶組織，造成力學(xué)性能，如加工性能、屈服強(qiáng)度和延伸率等的下降。因此，在鋁合金鑄造的實(shí)際生產(chǎn)中，通常需要采取各種措施對凝固結(jié)晶組織進(jìn)行細(xì)化，獲得更加細(xì)小和均勻分布的等軸晶組織，從而提高其力學(xué)性能。在鋁熔體中添加各種細(xì)化劑進(jìn)行組織細(xì)化處理是目前最廣泛和實(shí)用的一種細(xì)化方式，常見的細(xì)化劑有Al-Ti-B、Al-Ti、Al-Ti-C等，其中，Al-Ti-B是使用最多的。但是，該細(xì)化劑也有其固有的缺陷，一方面是TiB2粒子硬度大、容易偏聚，且容易和Zr、Cr、Mn等元素發(fā)生“毒化”作用；另一方面是其抗衰減性能不是很好，致使其在制備罐材用料、超薄鋁箔、磁盤、陽極氧化產(chǎn)品等鋁及鋁合金制品時(shí)并不能滿足生產(chǎn)需要。Al-Ti中間合金也是一種行之有效的細(xì)化劑，而且由于沒有TiB2粒子的影響，在細(xì)化鋁箔等特殊鋁合金制品時(shí)往往更具優(yōu)勢，但是其細(xì)化效果與Al-Ti-B相比要差很多，因此，如何對Al-Ti中間合金的細(xì)化性能進(jìn)行改善提高便顯得十分重要。研究表明，稀土元素加入Al-Ti中間合金后，能夠在Al3Ti晶界上析出，阻礙其進(jìn)一步長大，起到控制Al3Ti的尺寸的作用，而且，稀土元素本身也是一種細(xì)化劑，能夠?qū)︿X晶粒起到很好的細(xì)化作用。因此，鑒于稀土元素的這些優(yōu)良性能，本發(fā)明考慮制備一種Al-Ti-RE中間合金用于特殊鋁合金制品的細(xì)化。同時(shí)，從鈦廢材循環(huán)利用的角度出發(fā)，Al-Ti-RE制備過程中的Ti源從鈦制品在機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的金屬鈦屑（如車屑、刨屑、鋸屑等）中獲得。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種Al-Ti-RE中間合金的制備方法，該方法制備的Al-Ti-RE中間合金細(xì)化效果好、質(zhì)量高，并實(shí)現(xiàn)鈦廢料的循環(huán)利用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：（1）鈦屑除油：把機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的金屬鈦屑在100～150℃保溫25～35min，將鈦屑表面殘留的油質(zhì)清除；（2）鈦屑剪切：將除油處理后的鈦屑在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切并破碎；（3）鈦屑壓餅：將破碎后的鈦屑放在油壓機(jī)上壓制成0.5～2.0kg的圓餅；（4）純鋁熔化：在中頻感應(yīng)爐內(nèi)將稱取的鋁錠加熱至750~850℃；（5）合金化處理：將計(jì)算好重量的鈦屑餅分批用鐘罩壓入鋁熔體，同時(shí)開啟機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間25～35min；（6）一次除氣和除渣處理：用石墨管通氬氣或氮?dú)?，通氣量以讓熔體從下至上連續(xù)翻滾沸騰為宜，熔體里的殘?jiān)鼤?huì)不斷浮出表面；通氣3~5min后，移除石墨管，關(guān)閉氣源，將表面浮出的殘?jiān)宄?；?）添加稀土合金：將預(yù)熱至400~500℃的Al-10RE中間合金塊加入熔體中，待Al-10RE中間合金塊熔化后，開啟機(jī)械攪拌機(jī)攪拌3~8min；（8）二次除氣和除渣處理：利用高速旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)，通氬氣對熔體進(jìn)行除氣3~5min，并將浮在液面的殘?jiān)宄玫郊儍舻腁l-Ti-RE合金熔體；（9）鑄錠：維持合金熔液在750～800℃之間，開始放流，并通過旋轉(zhuǎn)鑄造機(jī)鑄錠。在本發(fā)明中Al-Ti-RE中間合金分別為Al-5Ti-0.5RE、Al-5Ti-1RE、Al-10Ti-0.5RE等。在本發(fā)明步驟（1）中鈦屑的保溫溫度在120～145℃之間。在本發(fā)明中鈦屑的純度≥97%，厚度≤2mm。在本發(fā)明中步驟（2）中鈦屑需破碎長度≤2mm。在本發(fā)明中鈦屑要壓制成1.0～2.0kg的圓餅狀。在本發(fā)明中鋁液與鈦屑餅的反應(yīng)溫度在780~820℃之間。在本發(fā)明中石墨管的孔徑為20mm。在本發(fā)明中Al-10RE中間合金要先預(yù)熱至450~500℃。在本發(fā)明中Al-Ti-RE中間合金熔體的澆注溫度為760～780℃。本發(fā)明有益效果：1、Al-Ti-RE合金的細(xì)化效果更好。與Al-Ti合金相比，由于RE元素的加入，一方面抑制了Al3Ti相的長大，使其尺寸明顯減少；另一方面RE元素本身也具有較好的細(xì)化作用，因此，Al-Ti-RE合金的細(xì)化效果更好。2、鈦廢料循環(huán)利用。本發(fā)明中的Ti源采用了鈦行業(yè)機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的鈦屑廢料，從而實(shí)現(xiàn)了鈦廢料的循環(huán)利用。3、成分均勻。本發(fā)明使用了中頻感應(yīng)爐進(jìn)行合金化操作，在攪拌過程中同時(shí)伴隨著電磁攪拌和機(jī)械攪拌，尤其是電磁攪拌可以不停的把沉在底部的Al3Ti顆粒攪拌起來，從而實(shí)現(xiàn)了Al-Ti-RE合金各元素成分的均勻分布。4、減少Ti元素的燒損。本發(fā)明把鈦屑破碎后壓餅，并用鐘罩將其壓入鋁液內(nèi)部，避免了鈦和空氣接觸而發(fā)生氧化反應(yīng)，從而有效減少了Ti元素的燒損，降低了生產(chǎn)成本。5、稀土燒損少。添加Al-10RE中間合金時(shí)，先將其預(yù)熱至400℃-500℃，使其熔化時(shí)間顯著縮短，從而減少了RE元素在高溫下存在的時(shí)間，降低了燒損程度，提高了RE實(shí)收率。6、改善Al-Ti-RE合金的流動(dòng)性。隨著Ti元素含量的增加，Al-Ti合金熔液的流動(dòng)性會(huì)下降，從而影響除氣、除渣、鑄造等過程，但是稀土元素加入后，Al-Ti-RE合金熔液的流動(dòng)性就得到了很大的改善，并有利于除氣、除渣、鑄造等過程的進(jìn)行。7、Al-Ti-RE合金錠鑄造質(zhì)量好，氣孔/針孔少。稀土元素加入鋁液后，一方面會(huì)與Al反應(yīng)生成Al4RE金屬間化合物，而該化合物對[H]的吸附能力極強(qiáng)，可以把鋁液中的氫以化學(xué)吸附方式固定住氫；另一方面稀土元素很活躍，容易和[H]反應(yīng)生成REH2，從而固定住氫。這兩種方式的共同作用下，極大的減少了鋁液中可以形成氣孔/針孔的游離態(tài)[H]，進(jìn)而大幅度減少Al-Ti-RE合金鑄錠時(shí)析出氣孔或針孔，提高了Al-Ti-RE合金錠的鑄造質(zhì)量。8、Al-Ti-RE合金的潔凈度高。合金制備過程中，由于溫度高，并與空氣直接接觸，因而有部分氧化夾雜物生成，而稀土元素的加入可以將殘留在Al-Ti中間合金中這些細(xì)小氧化夾雜物去除，從而提高合金熔液的潔凈度。9、環(huán)保、無污染。本工藝全程無煙氣釋放，工人操作環(huán)境好，整條生產(chǎn)線環(huán)保無污染。附圖說明以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為Al-5Ti中間合金的金相圖。圖2為實(shí)施例1Al-5Ti-0.5RE中間合金的金相圖。圖3為實(shí)施例2Al-5Ti-1RE中間合金的金相圖。圖4為Al-10Ti中間合金的金相圖。圖5為實(shí)施例3Al-10Ti-0.5RE中間合金的金相圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所用鋁錠的純度為99.7%，鈦屑的純度為97%，厚度不超過2mm。實(shí)施例1本實(shí)施例Al-5Ti-0.5RE中間合金的制備方法，具體步驟如下：（1）鈦屑除油：把機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的金屬鈦屑在120℃保溫30min；（2）鈦屑剪切：將除油處理后的鈦屑在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切并破碎至2mm以下；（3）鈦屑壓餅：將破碎后的鈦屑放在油壓機(jī)上壓制成1.5kg左右的圓餅；（4）純鋁熔化：在中頻感應(yīng)爐內(nèi)將鋁錠900kg加熱至850℃，清除鋁液表面的雜質(zhì)及氧化膜；（5）合金化處理：將50kg重的鈦屑餅分兩次用鐘罩壓入鋁熔體，同時(shí)開啟機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間25min；（6）一次除氣和除渣處理：用石墨管通氬氣或氮?dú)猓饬恳宰屓垠w從下至上連續(xù)翻滾沸騰為宜，熔體里的殘?jiān)鼤?huì)不斷浮出表面；通氣3min后，移除石墨管，關(guān)閉氣源，將表面浮出的殘?jiān)宄?；?）添加稀土合金：將預(yù)熱至450℃的Al-10RE中間合金塊50kg一次加入熔體中，待Al-10RE中間合金塊完全熔化后，機(jī)械攪拌3min；（8）二次除氣和除渣處理：利用高速旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)，通氬氣對熔體進(jìn)行除氣3min，并將浮在液面的殘?jiān)宄玫郊儍舻腁l-5Ti-0.5RE合金熔體；（9）鑄錠：維持合金熔液在800℃之間，開始放流，并通過旋轉(zhuǎn)鑄造機(jī)鑄錠。本實(shí)施例生產(chǎn)的Al-5Ti-0.5RE中間合金的成分如表1所示。按照原料添加的實(shí)際重量，從理論上計(jì)算應(yīng)該得到Al-5Ti-0.5RE合金，實(shí)際產(chǎn)品測試得到Al-4.8Ti-0.44RE合金，因此Ti的實(shí)收率=4.8/5=96%，RE的實(shí)收率=0.44/0.5=88%。另外，對Al-5Ti-0.5RE中間合金進(jìn)行金相分析，結(jié)果見圖2，圖2中可以看到，在α-Al基體中分布著大量的顆粒狀物質(zhì)，這是Al-Ti-RE中間合金在化學(xué)反應(yīng)過程中生成的第二相。研究顯示，Al-Ti合金生成的金屬間化合物為Al3Ti，Al-RE合金生成的是Al4RE，因此，在圖2中出現(xiàn)的第二相顆粒是Al3Ti和Al4RE的混合物。與圖1相比，金相圖并沒有明顯的區(qū)別。經(jīng)細(xì)化實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，添加0.2%的Al-5Ti-0.5RE中間合金后，純鋁晶?？梢约?xì)化至562μm，比添加0.2%的Al-5Ti中間合金的純鋁晶粒尺寸小200μm-300μm左右。表1Al-5Ti-0.5RE中間合金化學(xué)成分（wt.%）樣品TiRESiFeAlAl-5Ti-0.5RE4.80.440.08670.154余量實(shí)施例2本實(shí)施例Al-5Ti-1RE中間合金的制備方法，具體步驟如下：（1）鈦屑除油：把機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的金屬鈦屑在120℃保溫30min；（2）鈦屑剪切：將除油處理后的鈦屑在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切并破碎至2mm以下；（3）鈦屑壓餅：將破碎后的鈦屑放在油壓機(jī)上壓制成1.5kg左右的圓餅；（4）純鋁熔化：在中頻感應(yīng)爐內(nèi)將鋁錠850kg加熱至850℃，清除鋁液表面的雜質(zhì)及氧化膜；（5）合金化處理：將50kg重的鈦屑餅分兩次用鐘罩壓入鋁熔體，同時(shí)開啟機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間25min；（6）一次除氣和除渣處理：用石墨管通氬氣或氮?dú)?，通氣量以讓熔體從下至上連續(xù)翻滾沸騰為宜，熔體里的殘?jiān)鼤?huì)不斷浮出表面；通氣3min后，移除石墨管，關(guān)閉氣源，將表面浮出的殘?jiān)宄簦唬?）添加稀土合金：將預(yù)熱至450℃的Al-10RE中間合金塊100kg分兩次加入熔體中，待Al-10RE中間合金塊完全熔化后，機(jī)械攪拌5min；（8）二次除氣和除渣處理：利用高速旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)，通氬氣對熔體進(jìn)行除氣3min，并將浮在液面的殘?jiān)宄玫郊儍舻腁l-5Ti-1RE合金熔體；（9）鑄錠：維持合金熔液在800℃之間，開始放流，并通過旋轉(zhuǎn)鑄造機(jī)鑄錠。本實(shí)施例生產(chǎn)的Al-5Ti-1RE中間合金的成分如表1所示。按照原料添加的實(shí)際重量，從理論上計(jì)算應(yīng)該得到Al-5Ti-1RE合金，實(shí)際產(chǎn)品測試得到Al-4.8Ti-0.86RE合金，因此Ti的實(shí)收率=4.8/5=96%，RE的實(shí)收率=0.86/1=86%。對Al-5Ti-1RE中間合金進(jìn)行金相分析，結(jié)果見圖3。與圖2相比，金相圖并沒有明顯的區(qū)別。經(jīng)細(xì)化實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，添加0.2%的Al-5Ti-1RE中間合金后，純鋁晶?？梢约?xì)化至408μm，分別比添加0.2%的Al-5Ti-0.5RE中間合金的純鋁晶粒尺寸小100μm-150μm左右。表2Al-5Ti-1RE中間合金化學(xué)成分（wt.%）樣品TiRESiFeAlAl-5Ti-1RE4.80.860.08890.167余量實(shí)施例3本實(shí)施例Al-10Ti-0.5RE中間合金的制備方法，具體步驟如下：（1）鈦屑除油：把機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的金屬鈦屑在120℃保溫30min；（2）鈦屑剪切：將除油處理后的鈦屑在剪切粉碎機(jī)上進(jìn)行剪切并破碎至2mm以下；（3）鈦屑壓餅：將破碎后的鈦屑放在油壓機(jī)上壓制成1.5kg左右的圓餅；（4）純鋁熔化：在中頻感應(yīng)爐內(nèi)將鋁錠850kg加熱至850℃，清除鋁液表面的雜質(zhì)及氧化膜；（5）合金化處理：將100kg重的鈦屑餅分三次用鐘罩壓入鋁熔體，同時(shí)開啟機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間35min；（6）一次除氣和除渣處理：用石墨管通氬氣或氮?dú)猓饬恳宰屓垠w從下至上連續(xù)翻滾沸騰為宜，熔體里的殘?jiān)鼤?huì)不斷浮出表面；通氣5min后，移除石墨管，關(guān)閉氣源，將表面浮出的殘?jiān)宄簦唬?）添加稀土合金：將預(yù)熱至450℃的Al-10RE中間合金塊50kg分兩次加入熔體中，待Al-10RE中間合金塊完全熔化后，機(jī)械攪拌5min；（8）二次除氣和除渣處理：利用高速旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)，通氬氣對熔體進(jìn)行除氣3min，并將浮在液面的殘?jiān)宄?，得到純凈的Al-10Ti-0.5RE合金熔體；（9）鑄錠：維持合金熔液在800℃之間，開始放流，并通過旋轉(zhuǎn)鑄造機(jī)鑄錠。本實(shí)施例生產(chǎn)的Al-10Ti-0.5RE中間合金的成分如表1所示。按照原料添加的實(shí)際重量，從理論上計(jì)算應(yīng)該得到Al-10Ti-0.5RE合金，實(shí)際產(chǎn)品測試得到Al-9.42Ti-0.43RE合金，因此Ti的實(shí)收率=9.42/10=94.2%，RE的實(shí)收率=0.43/0.5=86%。對Al-10Ti-0.5RE中間合金進(jìn)行金相分析，結(jié)果見圖5。與圖4相比，金相圖也沒有明顯的區(qū)別。經(jīng)細(xì)化實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，添加0.2%的Al-10Ti-0.5RE中間合金后，純鋁晶?？梢约?xì)化至433μm，比添加0.2%的Al-10Ti中間合金的純鋁晶粒尺寸小300μm-400μm左右。表3Al-10Ti-0.5RE中間合金化學(xué)成分（wt.%）樣品TiRESiFeAlAl-10Ti-0.5RE9.420.430.09450.212余量當(dāng)前第1頁1 2 3