一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE晶粒細(xì)化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄造鋁合金用的細(xì)化劑，更特別地說，是指一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄造AlSi合金由于良好的力學(xué)性能和優(yōu)良的鑄造性能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)合金進(jìn)行晶粒細(xì)化，可獲得致密的合金組織，同時(shí)也能減輕鑄件的熱裂和偏析傾向，降低氣孔率，從而可以提高合金的綜合性能。最常用且有效的細(xì)化方法即向合金中添加晶粒細(xì)化劑。目前人們一般采用Al-T1、A1-T1-C或者Al-T1-B中間合金作為鋁合金的晶粒細(xì)化劑，其中Al-T1-B細(xì)化劑已得到較廣泛的應(yīng)用，近來，由于RE具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，人們也開始將RE作為合金的細(xì)化或者變質(zhì)劑，研究其對(duì)鋁合金性能的影響。
[0003]但是上述已有的細(xì)化劑對(duì)冷卻速度敏感，在不同的冷速速度下具有不同的細(xì)化效果，這使得其在應(yīng)用于鑄造具有不同壁厚、形狀復(fù)雜的零部件時(shí)，在薄壁(具有相對(duì)較高的冷卻速度)及厚壁(具有相對(duì)較低的冷卻速度)處細(xì)化效果有差異，不利于合金部件綜合性會(huì)K白勺?是1? O
[0004]隨著工業(yè)的發(fā)展，目前鑄造的零部件尺寸越來越來大，外形越來越復(fù)雜，因此為了提高鑄造合金的綜合性能，迫切需要開發(fā)具有低冷速敏感性高形核能力的細(xì)化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是開發(fā)一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力的晶粒細(xì)化劑及其制備方法，以解決目前常用細(xì)化劑在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中細(xì)化效果對(duì)冷卻速度敏感性大的瓶頸問題。本發(fā)明還公開了制備該種細(xì)化劑的方法。
[0006]本發(fā)明是一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE晶粒細(xì)化劑，該AlNbBRE晶粒細(xì)化劑的成分為Al-xNb-yB-zRE，其中，0.01<x < 6wt% ,0.01<y < 3wt% ,0.0Kz < Iwt%，余量為Al。
[0007]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑中稀土元素RE為L(zhǎng)a、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一種或者兩種以上的混合。
[0008]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑中包含的雜質(zhì)化學(xué)元素有:Fe < 0.2wt% ； Cu < 0.1wt % ； Mn < 0.1wt % ； Zn < 0.1wt % ；Ga < 0.05wt% ； S < 0.05wt%。
[0009]本發(fā)明的制備一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE晶粒細(xì)化劑的方法，其特征在于包括有下列步驟:
[0010]步驟一，配料；
[0011]將原材料按Al-xNb-yB-zRE目標(biāo)成分配比準(zhǔn)確計(jì)算和稱量；其中，0.01<x <6wt% ,0.0l<y < 3wt% ,0.0l<z < Iwt%，余量為Al。
[0012]步驟二，熔煉輔助材料準(zhǔn)備
[0013]采用除塵器將石墨坩禍、模具、鐘罩內(nèi)壁、撇渣勺清理干凈，在200?300°C條件下預(yù)熱2?3h，并在模具、鐘罩、撇渣勺表面均勻刷涂保護(hù)性涂料，以避免其與鋁液接觸時(shí)將鐵等雜質(zhì)帶入鋁液，
[0014]100重量份的保護(hù)性涂料中有22%重量份的白堊粉、4%重量份的水玻璃和余量的水。
[0015]步驟三，熔化
[0016]將坩禍安裝在電阻爐中，放入已稱量好的鋁塊，開始加熱，待鋁塊熔化后，加入覆蓋劑，以防止鋁錠氧化，繼續(xù)熱至800?900°C，用鐘罩將已稱量好的B原料及Nb原料壓入鋁液中，繼續(xù)加熱15?30min后，加入Al-RE原料，繼續(xù)加熱15?30min。恪化期間每隔1min攪拌一次，每次攪拌后都要加入覆蓋劑，以防止鋁熔體氧化；
[0017]100重量份的覆蓋劑中有50%重量份的NaCl和50%重量份的KC1。
[0018]步驟四，精煉；
[0019]待所有原料熔化后，加入精煉劑至到鋁熔體底部，充分?jǐn)嚢??20min后，靜置10?20min后，得到精煉后的溶液以備澆注；
[0020]100重量份的精煉劑中有50%重量份的C2Cl6和50%重量份的Na2SiF6t3
[0021]步驟五，澆注；
[0022]將精煉后的溶液扒渣后，澆注入已備好的模具中，從而得到Al-xNb-yB-zRE細(xì)化劑。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0024]①本發(fā)明制備的晶粒細(xì)化劑具有較高的形核能力，采用其對(duì)鑄造鋁合金進(jìn)行細(xì)化處理，細(xì)化效果比目前傳統(tǒng)使用的細(xì)化劑更優(yōu)異。
[0025]②本發(fā)明制備的晶粒細(xì)化劑對(duì)冷卻速度敏感性低，采用其應(yīng)用于鑄造具有不同壁厚、形狀復(fù)雜的零部件時(shí)，在薄壁即具有相對(duì)較高的冷卻速度及厚壁即具有相對(duì)較低的冷卻速度處細(xì)化效果變化程度小。
[0026]③采用本發(fā)明制備的晶粒細(xì)化劑對(duì)鑄造鋁合金進(jìn)行細(xì)化處理后，合金的機(jī)械性能得到顯著提高，尤其是鑄件具有較低冷速部位的性能提高程度大，顯著降低了具有不同冷卻速度各部位之間性能的差異，有利于合金部件綜合性能的提高。
[0027]④采用本發(fā)明的方法制備的Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑，能精確地控制細(xì)化劑的成分，所得細(xì)化劑中雜質(zhì)化學(xué)成分低，有利于后續(xù)的使用效果。
[0028]⑤采用本發(fā)明的方法制備Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑，所用B、RE等原材料可以采用多種不同的形式，熔煉工藝過程簡(jiǎn)單，易操作控制，
[0029]⑥采用本發(fā)明制備的低冷速敏感高形核能力晶粒細(xì)化劑亦能提高鑄造鋁合金中共晶硅的變質(zhì)效果。
【附圖說明】
[0030]圖1是采用實(shí)施例1方法制得的Al-2Nb-B-0.4La-0.6Ce晶粒細(xì)化劑對(duì)ZLlOl鋁合金進(jìn)行細(xì)化后的宏觀照片。
[0031]圖2是采用市售的Al-5T1-B晶粒細(xì)化劑對(duì)ZLlOl鋁合金進(jìn)行細(xì)化后的宏觀照片。
[0032]圖3是試樣3與試樣4的細(xì)化效果隨冷卻速度的變化曲線。
[0033]圖4是采用市售的Al-5Ti_B細(xì)化劑正常生產(chǎn)車輪輪輻抗拉強(qiáng)度圖。
[0034]圖5是采用實(shí)施例3方法制得的Al-3Nb-0.6B-0.6La_0.4Ce細(xì)化劑所得車輪輪輻抗拉強(qiáng)度圖。
[0035]圖6是采用市售的Al-5Ti_B細(xì)化劑正常生產(chǎn)車輪內(nèi)輪緣的抗拉強(qiáng)度圖。
[0036]圖7是采用實(shí)施例3方法制得的Al-3Nb-0.6B-0.6La_0.4Ce細(xì)化劑制得車輪內(nèi)輪緣的抗拉強(qiáng)度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0038]一種鑄造鋁合金用低冷速敏感高形核能力晶粒細(xì)化劑，其成分為Al-xNb-yB-zRE，其中，0.01<χ< 6wt% ,0.01 <y < 3wt% ,0.01 <z < Iwt %，余量為 Al。
[0039]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑中稀土元素RE為L(zhǎng)a、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一種或者兩種以上的混合。
[0040]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑中包含的雜質(zhì)化學(xué)元素有:Fe < 0.2wt% ；Cu < 0.1wt% ；Mn < 0.1wt% ；Zn < 0.1wt% ;Ga < 0.05wt% ;S < 0.05wt%。
[0041 ]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒細(xì)化劑制備過程中，A1是以Al塊的形式，Nb以Al-Nb中間合金的形式，B以氟硼酸鉀(KBF4)或者Al-B中間合金的形式，RE以RE塊或者Al-RE中間合金的形式，通過坩禍電阻爐熔煉方法制備而得到的。
[0042]本發(fā)明提出了一種制備低冷速敏感高形核能力晶粒細(xì)化劑的方法，其包括有如下步驟:
[0043]步驟一，配料；
[0044]將原材料按Al-xNb-yB-zRE目標(biāo)成分配比準(zhǔn)確計(jì)算和稱量；其中，0.01<x <6wt% ,0.01 <y < 3wt% ,0.01 <z < Iwt%，余量為Al。
[0045]Al元素是以Al塊的形式配料；
[0046]Nb元素以Al-Nb中間合金塊的形式配料；
[0047]B元素以氟硼酸鉀(KBF4)粉末或者Al-B中間合金塊的形式配料；
[0048]RE稀土元素以RE塊或者Al-RE中間合金塊的形式配料。
[0049]塊體的尺寸(長(zhǎng)寬)為IcmX Icm?5cmX 5Cm0
[0050]步驟二，熔煉輔助材料準(zhǔn)備
[0051 ]采用除塵器將石墨坩禍、模具、鐘罩內(nèi)壁、撇渣勺清理干凈，在200?300°C條件下預(yù)熱2?3h，并在模具、鐘罩、撇渣勺表面均勻刷涂保護(hù)性涂料，以避免其與鋁液接觸時(shí)將鐵等雜質(zhì)帶入鋁液，
[0052]在本發(fā)明中，100重量份的保護(hù)性涂料中有22%重量份的白堊粉、4 %重量份的水玻璃和余量的水。
[0053]步驟三，熔化
[0054]將坩禍安裝在電阻爐中，放入已稱量好的鋁塊，開始加熱，待鋁塊熔化后，加入覆蓋劑，以防止鋁錠氧化，繼續(xù)熱至800?900°C，用鐘罩將已稱量好的B原料及Nb原料壓入鋁液中，繼續(xù)加熱15?30min后，加入Al-RE原料，繼續(xù)加熱15?30min。恪化期間每隔1min攪拌一次，每次攪拌后都要加入覆蓋劑，以防止鋁熔體氧化；
[0055]在本發(fā)明中，100重量份的覆蓋劑中有50%重量份的NaCl和50%重量份的KC1。
[0056]步驟四，精煉；
[0057]待所有原料熔化后，加入精煉劑至到鋁熔體底部，充分?jǐn)嚢??20min后，靜置10?20min后，得到精煉后的溶液以備澆注；
[0058]在本發(fā)明中，100重量份的精煉劑中有50%重量份的(:2(:16和50%重量份的Na2SiF6。
[0059]步驟五，澆注；
[0060]將精煉后的溶液扒渣后，澆注入已備好的模具中，從而得到Al-xNb-yB-zRE細(xì)化劑。
[0061]采用本發(fā)明方法制備Al-xNb-yB-zRE晶粒細(xì)化劑，熔煉工藝過程簡(jiǎn)單，易操作控制，能精確地控制細(xì)化劑的成分，所得細(xì)化劑中雜質(zhì)化學(xué)成分低，有利于后續(xù)的使用效果。將制備的Al-xNb-yB-zRE晶粒細(xì)化劑對(duì)鑄造AlSi合金進(jìn)行晶粒細(xì)化，細(xì)化效果優(yōu)異，且有助于共晶Si的變質(zhì)效果;對(duì)形狀復(fù)雜、薄厚不同的鑄件各部位(冷卻速度不同)細(xì)化效果的冷速敏感性較低，細(xì)化后合金的機(jī)械性能得到顯著提高，尤其是鑄件具有較低冷速部位(厚壁部位)的性能提高程度大，顯著降低了具有不同冷卻速度各部位之間性能的差異，有利于合金部件綜合性能的提尚。
[0062]實(shí)施例1
[0063]Al-2Nb-B-0.4La_0.6Ce晶粒細(xì)化劑及其制備方法。
[0064]步驟一，配料；
[0065]制100重量份的Al-2Nb-B-0.4La_0.6Ce目標(biāo)成分，所需的原料為20重量份的Al-1 ONb、I重量份的純度為99.5%的氟硼酸鉀(KBF4)粉末、0.4重量份的純度為99.0%的金屬鑭(La)、0.6重量份的純度為99.0%的金屬鈰(Ce)、以及余量的尺寸為5cmX 5cm的Al塊。
[0066]步驟二，熔煉輔助材料準(zhǔn)備
[0067]采用除塵器將石墨坩禍、模具、鐘罩內(nèi)壁、撇渣勺清理干凈，在220°C條件下預(yù)熱3h，并在模具、鐘罩、撇渣勺表面均勻刷涂保護(hù)性涂料，以避免其與鋁液接觸時(shí)將鐵等雜質(zhì)帶入招液，
[0068]在本發(fā)明中，100重量份的保護(hù)性涂料中有22%重量份的白堊粉、4 %重量份的水玻璃和余量的水。
[0069]步驟三，熔化
[0070]將坩禍安裝在電阻爐中，放入已稱量好的鋁塊(尺寸5cmX5cm)，開始加熱，待鋁塊熔化后，加入覆蓋劑，以防止鋁錠氧化，繼續(xù)熱至830°C，用鐘罩將已稱量好的氟硼酸鉀粉末(用鋁箔包裹)及Al-1ONb原料壓入鋁液中，繼續(xù)加熱20min后，加入RE原料，繼續(xù)加熱15min。熔化期間每隔1min攪拌一次，每次攪拌后都要加入覆蓋劑，以防止鋁熔體氧