專利名稱：四元晶粒細(xì)化劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用作鋁及鋁合金晶粒細(xì)化劑的鋁-鈦-碳-硼四元合金及其制造方法。
眾所周知，在鋁及鋁合金鑄造過程中，在熔體中添加適當(dāng)?shù)募?xì)化劑能顯著細(xì)化鑄件的晶粒，從而改善其性能和減少廢品的出現(xiàn)。因此，三十多年來在鋁工業(yè)中對(duì)晶粒細(xì)化劑的研究和應(yīng)用得到廣泛的重視。最初用作細(xì)化劑的是Al-Ti合金。但用它作細(xì)化劑需要較高的含鈦量才有使用效果。后來發(fā)現(xiàn)在Ai-Ti含金中添加少量的硼能顯著提高其細(xì)化晶粒的效果。其原因是硼與鈦?zhàn)饔媚苌筛呷埸c(diǎn)(2980℃)的TiB2彌散質(zhì)點(diǎn)。但TiB2質(zhì)點(diǎn)有較嚴(yán)重的聚集傾向，在熔體中長時(shí)間停留容易形成羽狀晶。而且當(dāng)鋁合金中含有Zr、Cr、Mn等元素時(shí)，會(huì)降低其細(xì)化效果。近幾年又有專利(US№4748001)提出制造和使用一種含有大量TiC彌散質(zhì)點(diǎn)的Al-Ti-C合金細(xì)化劑。TiC與鋁具有相同的晶體結(jié)構(gòu)(面心立方)和非常接近的晶格常數(shù)(TiC，a＝4.32A;Al，a＝4.04A)，而且其熔點(diǎn)很高(3147℃)，非常穩(wěn)定。因此它可作為鋁及鋁合金熔體結(jié)晶時(shí)理想的晶種。但是，由于鋁熔體對(duì)石墨的浸潤性很差，難于溶解碳，碳與鈦也很難化合生成TiC，TiC又是一種非常硬脆的物質(zhì)，這就使高含碳量的Al-Ti-C合金難于熔煉和加工。可能就是由于這種原因，世界各國至今仍無這種產(chǎn)品出售。
本發(fā)明的目的是制造一種比上述三種細(xì)化劑使用效果更好，而又容易生產(chǎn)制造和無其它缺點(diǎn)的晶粒細(xì)化劑。
本發(fā)明是一種含有碳和硼的Al-Ti-C-B四元合金。合金中同時(shí)含有Al3Ti、TiB2、TiC三種能起晶種作用的彌散質(zhì)點(diǎn)。該合金較理想的成分(按重量)是2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，余量為Al和雜質(zhì)。其中各元素按重量含量的相互關(guān)系最好能滿足下列關(guān)系C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
本發(fā)明所述細(xì)化劑，可以是鑄錠，也可制成粒狀或絲狀。
本發(fā)明的細(xì)化劑制造方法如下先將鋁熔化，加入鈦，鈦完全熔化后同時(shí)加入經(jīng)予熱的碳和含硼的化合物，或先加入碳后再加入硼化物，充分?jǐn)嚢枞垠w，然后靜置片刻，澆注成鑄錠。鑄錠可通過擠壓或軋制等方法加工成絲材，也可將合金熔體用制粒機(jī)直接制成粒子。
為使熔體中各元素充分作用，最好在鋁液溫度達(dá)1000-1100℃時(shí)加入鈦，1100-1200℃時(shí)加入碳、硼以氟硼酸鉀加入，并與碳混合后同時(shí)加入，碳應(yīng)以粒度小于80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，并加入前在500-700℃予熱1小時(shí)以上，澆注時(shí)熔體溫度控制在900-1000℃。
其熔煉過程可在真空中或大氣中進(jìn)行。若在大氣中熔煉，需用冰晶石或其它堿金屬和堿土金屬的鹵鹽作熔劑，在加入碳粉前需徹底清渣。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)它比Al-Ti-B和Al-Ti-C具有更好的細(xì)化晶粒效果，而又容易生產(chǎn)制造，起晶種作用的彌散質(zhì)點(diǎn)無明顯的聚集傾向，對(duì)含Cr、Zr、Mn的鋁合金也有良好的使用效果。
三種細(xì)化劑對(duì)純鋁(Al-1)晶粒的細(xì)化效果如附圖
所示。它們是用同樣的熔鑄條件(在鋁液溫度升到725℃時(shí)加入細(xì)化劑，停留5分鐘澆注到φ30×50mm的室溫鑄鐵模中)，同樣的細(xì)化劑加入量(按爐料重的0.2%)所得的鑄錠宏觀組織(1∶1)。其中1是未加任何細(xì)化劑的，2是添加Al-5Ti-1B絲狀細(xì)化劑的，3是添加Al-5Ti-1C鑄塊細(xì)化劑的，4是添加Al-4Ti-1(C+B)鑄塊細(xì)化劑。由圖可以看出，Al-Ti-C-B含金細(xì)化劑的細(xì)化晶粒效果明顯優(yōu)于其它兩種含金細(xì)化劑。
下面結(jié)合實(shí)例詳細(xì)敘述本發(fā)明的細(xì)化劑制造過程例一用5652克純鋁(Al-1)，300克鈦屑，60克100目(149微米)的碳粉，550克氟硼酸鉀，在高頻感應(yīng)爐中用石墨坩鍋熔煉。首先熔化鋁，當(dāng)熔體溫度達(dá)1050-1100℃時(shí)加入鈦屑，并加入適量冰晶石作熔劑。待鈦完全熔解到鋁中后，溶體溫度達(dá)1100-1200℃時(shí)，徹底清渣，然后用料盅分批將鋁箔包好的炭黑與氟硼酸的混合物壓入熔體內(nèi)。炭黑在加入前應(yīng)在500-700℃加熱1小時(shí)。混合物加入到熔體中后應(yīng)充分?jǐn)嚢枞垠w，使碳和硼能充分與鈦?zhàn)饔蒙蒚iC和T
B2。全部混物添加后，應(yīng)使熔體靜置10分鐘，使未作用的游離碳和其它懸浮雜質(zhì)能漂浮到液面，然后再添加少量冰晶石，將其造渣除去。待熔體溫度降至950-1000℃時(shí)澆注成錠，或用制粒機(jī)制出粒子。鑄錠通過擠壓或軋制等方法便可加工出線材。
例二，除碳粉改用石墨粉外，其余原料與例一相同，在中頻真空感爐中用石墨坩堝熔煉。首先熔化鋁和鈦，當(dāng)熔體溫度達(dá)1100-1200℃時(shí)，通過爐殼內(nèi)的加料器加入鋁箔包好的石墨粉與氟硼酸鉀的混合物。石墨粉也需予先在500-700℃加熱1小時(shí)。添加混合物時(shí)，為了防止熔體飛濺，爐內(nèi)應(yīng)充少量的氬氣?；旌衔锾砑油旰笕垠w利用電磁攪拌20分鐘，然后靜置10分鐘，再降溫至950-1000℃進(jìn)行澆注。按此工藝便可獲得合格的鑄錠。
權(quán)利要求
1.一種用來細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的細(xì)化劑，是含有鈦、碳的鋁合金。其特征是加入硼，使合金中同時(shí)存在Al3Ti、TiB2、TiC三種能起晶種作用的彌散質(zhì)點(diǎn)。
2.按權(quán)利要求1所述的合金，其特征是其成分(按重量)中含有2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，余量為Al和雜質(zhì)。
3.按權(quán)利要求1和2所述的合金，其特征是合金成分各組元按重含量的相互關(guān)系符合下述關(guān)系C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
4.按權(quán)利要求1所述的晶粒細(xì)化劑，其特征是顆粒狀或絲狀。
5.權(quán)利要求1所述晶粒細(xì)化劑的制造方法，它包括，將鋁先熔化，加入鈦，在鈦完全熔解到鋁中后加入經(jīng)予熱的碳，充分?jǐn)嚢韬笤凫o置片刻，澆注成鑄錠或粒狀。其特征是在加入碳的同時(shí)加入含硼的化合物，或在加入碳以后再加入含硼化合物。
6.按權(quán)利要求5所述方法其特征是(1)鋁液溫度達(dá)1000-1100℃時(shí)加入鈦，溫度達(dá)1100-1200℃時(shí)加入碳和氟硼酸鉀的混合物，降溫至900-1000℃時(shí)澆注。(2)碳以粒度小于80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，加入前需在500-700℃予熱1小時(shí)以上。
7.按權(quán)利要求5、6所述方法，其特征是熔煉過程在大氣中進(jìn)行，需用冰晶石或其它堿金屬和堿土金屬的鹵鹽作熔劑，并在加入碳粉前徹底清渣。
8.按權(quán)利要求5、6所述方法，其特征是熔煉過程在真空中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明是用作鋁及鋁合金晶粒細(xì)化劑的鋁-鈦-碳-硼四元合金及其制造方法。該合金中同時(shí)含有Al
文檔編號(hào)C22C1/02GK1046945SQ9010509
公開日1990年11月14日 申請日期1990年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月18日
發(fā)明者韓行霖, 吳慶義, 許仲剛, 姜文輝 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué), 沈陽有色金屬加工廠