[发明专利]一种Al-5%Ti中间合金细化纯铝的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及到一种Al-5%Ti中间合金细化纯铝的方法。

背景技术

铝合金由于质轻、比强度高、耐腐蚀、导电导热性能好、易加工等特性，广泛应用于机械、航空航天、建筑、电器电子和汽车等领域。尤其是在高新技术领域的应用，对铝锭及铝坯在后续深加工工艺中的组织也提出了严格的要求，而控制其组织和性能的关键之一是熔铸出最佳的铸态晶粒组织——细小均匀的等轴晶。然而铝及其合金在铸造条件下容易形成粗大的晶粒组织，要实现其广泛应用，必须改善其铸态组织。

细化晶粒的方法主要有物理和化学两类，物理方法主要包括快速冷却法、机械物理细化法和物理场细化法。化学方法是加入晶粒细化剂，以促进晶粒形核或阻碍晶核长大。快速冷却法在生产简单的小型件或粉末制品时比较常用，对大型厚断面铸件的生产很难实现，而且该方法不易操作，人为因素及偶然性较大。机械物理细化法操作复杂、消耗大、易掺入杂质，而且细化效果不稳定。物理场细化法处理金属纯净度高，但需要复杂的生产设备，能耗高，而且人们对其本身机制和规律还缺乏了解。添加细化剂效果稳定、作用快、操作方便、适应性强,是一种最为经济、有效、实用的细化方法。研究表明，Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti-C中间合金中的TiAl₃,TiB₂和TiC颗粒可作为熔体中的非均匀形核核心，对铸件有很好的细化效果。

Al-Ti中间合金价格便宜、贮藏和运输都非常方便，使用简单。但是Al-Ti合金的最大缺点是晶粒细化的长效性和稳定性非常差，TiAl₃的尺寸达到20～30μm，在Al液中由于重力作用下沉，在静置过程中导致偏析。

Al-Ti-B中间合金是目前较为广泛使用的细化剂，现在大约75%的世界铝工业使用Al-Ti-B进行晶粒细化。但该类细化剂存在诸多问题，如TiB₂粒子易于聚集，极易与氧化膜或熔体中的盐类熔剂结合造成夹杂，TiB₂粒子尺寸粗大，在轧制晶粒度级别要求较高的铝箔时，可导致针孔，有时会使带材断裂，并损坏轧辊。

为了解决粗大TiAl₃相溶解扩散不完全，TiB₂粒子聚集问题，发明专利“Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺”（专利号：200710093880.1）提出在向铝熔体添加Al-Ti-B中间合金细化剂的同时，在铝熔体上部引入高能超声波，加快TiAl₃相溶解扩散速度，增加TiB₂粒子的弥散分布程度，从而提高Al-Ti-B中间合金的细化效率，铝锭晶粒尺寸可以达到150μm以下，但是大规模生产时需要复杂的高能超声装备，不但增加生产成本，也难以保证细化效果。

发明专利“在超声场作用下制备铝钛碳中间合金晶粒细化剂”（专利号：200410103904.3）针对TiC相易聚集、颗粒尺寸分布范围大等问题，提出在超声场作用下制备铝钛碳中间合金，然后浇铸成锭或连铸连轧成线材。结果表明TiC相得到显著的细化和分散，对纯铝及铝合金有明显的细化效果。但是超声处理不但增加生产成本，而且在工业化生产时难以保证产品的稳定性和细化效果。

为了解决TiAl₃相尺寸粗大等诸多问题，本发明提供了一种Al-5%Ti中间合金细化纯铝的工艺，将Al-5%Ti中间合金中的TiAl₃相从板条状转变为细小的块状，由更多细小的块状TiAl₃充当有效异质形核核心，从而提高Al-5%Ti中间合金的细化效率。

发明内容

本发明的目的主要是提供一种Al-5%Ti中间合金细化纯铝的方法。

本发明提供的Al-5%Ti中间合金细化纯铝方法的主要步骤为：

1）室温下对Al-5%Ti中间合金进行等通道变形；

2）将放有铝锭和精炼剂的陶瓷坩埚放入井式炉中加热至760℃使之熔化；

3）将等通道变形Al-5%Ti中间合金加入到铝液中；

4）搅拌铝液后，升温到浇注温度，静置保温；

5）将铝液浇入铁模中，脱模、水冷至室温。

步骤1）等通道变形中，模具内角Φ为90～120°，模具外角Ψ为0°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min，变形道次控制在3道次以内。

步骤2）所述等通道变形Al-5%Ti中间合金的添加量为纯铝重量的0.1～1%。

步骤4）中铝液加入中间合金进行搅拌、升温后，静置保温时间为5～60分钟。