鋁合金細(xì)化劑,其制造方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金的熔煉和加工領(lǐng)域，更具體地涉及一種鋁合金細(xì)化劑，其制備 方法及在細(xì)化鋁合金中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械 制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。純鋁的密度?。≒=2. 7g/cm3)，大約是鐵的1/3,熔 點(diǎn)低（660°C)，鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（S:32~40%，$ :70~90% )，易 于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好；但是純鋁的強(qiáng)度很低，退火狀態(tài)〇b值約為 8kgf/mm2,故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們逐漸以加入合金元素 及運(yùn)用熱處理等方法來強(qiáng)化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在 保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度，〇b值分別可達(dá)24~60kgf/mm2。這樣 使得其"比強(qiáng)度"（強(qiáng)度與比重的比值〇b/p)勝過很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛 用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面，飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁 合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。鋁合 金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電 性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得 良好的機(jī)械性能，物理性能和抗腐蝕性能。
[0003] 鋁合金在交通、化工、機(jī)械、電力、電子、儀表、建筑、農(nóng)業(yè)及輕工業(yè)等部門中的廣泛 應(yīng)用，對鋁合金的組織和性能提出了更高的要求。而熔鑄出細(xì)小均勻的等軸晶組織是獲得 優(yōu)良性能的關(guān)鍵所在。晶粒細(xì)化成為創(chuàng)新冶金與鋁合金新型材料研發(fā)的重要手段。
[0004] 隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋁合金車輪由于其造型美觀大方、散熱性能好、輕便省 油、伸縮率高彈性好、剛性好、保圓形好等優(yōu)點(diǎn)，目前在低、中、高端汽車中廣泛應(yīng)用。目前 國際汽車行業(yè)中，經(jīng)常采用A356鋁合金來鑄造成車輪。A356鋁合金是Al-Si-Mg系合金， Si的質(zhì)量含量為6. 5% -7. 5%，Mg的質(zhì)量含量為0. 25% -0. 35%，由于Si質(zhì)量含量>6%， 屬于亞共晶組織，所以需要采用細(xì)化變質(zhì)處理來改善合金的組織和性能。
[0005] 汽車車輪對A356鋁合金的力學(xué)性能的一般要求為：抗拉強(qiáng)度Rm>220MPa、屈服強(qiáng) 度RpO. 2>180MPa、伸長率As>7%。傳統(tǒng)的添加Al-5Ti-lB中間合金的A356的力學(xué)性能為 Rm:270-280MPa、Rp0. 2 :220-230MPa、As:8% -9%。
[0006] 商業(yè)上應(yīng)用的細(xì)化劑為Al-5Ti-lB，變質(zhì)劑為Al-10Sr，經(jīng)過細(xì)化變質(zhì)后合金的強(qiáng) 度和塑性有一定的提高，但是Al-5Ti-lB中的可能出現(xiàn)粗大針狀的TiA13相，而且作為形核 中心的TiB2相易聚集成團(tuán)，為了避免Al-5Ti-lB細(xì)化的缺點(diǎn)，得到力學(xué)性能更優(yōu)異的鋁合 金車輪，需要改進(jìn)細(xì)化變質(zhì)劑和細(xì)化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金細(xì)化劑，以及細(xì)化鋁合金的方法以及其細(xì) 化得到的鋁合金，從而獲得力學(xué)性能更為優(yōu)異的鋁合金，以滿足車輪等領(lǐng)域的需求。為了實(shí) 現(xiàn)以上的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)方案：
[0008] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，所述的鋁合金細(xì)化劑包括原子百分比為50-60 %的Zr、原 子百分比為20-25 %的Co、原子百分比為14-18 %的Mg和原子百分比為5-7 %的Ag;優(yōu)選 地，所述的鋁合金細(xì)化劑是非晶合金。
[0009] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑由原子百分比為50-60%的Zr、 原子百分比為20-25 %的Co、原子百分比為14-18 %的Mg和原子百分比為5-7 %的Ag組成。
[0010] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑由原子百分比為53-58%的Zr、 原子百分比為21-24 %的Co、原子百分比為17-18 %的Mg和原子百分比為5-7 %的Ag組成。 [0011] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑由原子百分比為56%的Zr、原子 百分比為22%的Co、原子百分比為16%的Mg和原子百分比為6%的Ag組成。
[0012] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑由原子百分比為58%的Zr、原 子百分比為21%的Co、原子百分比為16%的Mg和原子百分比為5%的Ag組成。
[0013] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑由原子百分比為54%的Zr、原子 百分比為25%的Co、原子百分比為14%的Mg和原子百分比為7%的Ag組成。
[0014] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的鋁合金細(xì)化劑按照如下的方法來制備：（1)將 權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的各種金屬的單質(zhì)按照比例加入電弧熔煉爐中，并在惰性氣體氛 圍下進(jìn)行熔煉；以及（2)使用銅模具將步驟（1)所述的熔體制備成鑄件；優(yōu)選地，所述步驟 (2)中使用熔體紡絲的方法來將熔體制備成鑄件。
[0015] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種細(xì)化鋁合金的方法，所述的方法包括步驟： (1)將鋁合金在770-800攝氏度下熔化；（2)按照鋁合金原料質(zhì)量的0. 2-0. 6wt. %加入權(quán) 利要求1-6中任一項(xiàng)所述的鋁合金細(xì)化劑或者按照權(quán)利要求7所述的方法制備的鋁合金細(xì) 化劑，并在770-800攝氏度下保溫5-120分鐘。
[0016] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的方法在步驟（2)之后還包括步驟（3):攪拌3-5 分鐘后取出坩堝放于空氣中3-10分鐘，待鋁熔體溫度為700-750°C時(shí)，除渣，將鋁熔體澆鑄 于鑄鐵模具中，自然空冷后形成棒材；優(yōu)選地，所述的鑄鐵模具預(yù)熱至170-230°C;進(jìn)一步優(yōu) 選地，預(yù)熱至200 °C。
[0017] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的方法在步驟（3)之后還包括步驟（4):棒材在 540°C的熱處理爐中保溫2小時(shí)，在80°C的熱水中進(jìn)行淬火處理；優(yōu)選地，所述的方法在步 驟（4)之后還包括步驟（5):淬火處理結(jié)束后，將棒材轉(zhuǎn)移至150°C的熱處理爐中保溫12小 時(shí)，并在空氣中冷卻。
[0018] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，所述的待處理鋁合金是A356鋁合金。
[0019] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，在步驟（2)中，按照鋁合金原料質(zhì)量的0. 4wt. %加入 鋁合金細(xì)化劑。
[0020] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方面，在步驟（2)中，保溫10-30分鐘；優(yōu)選地，保溫10分鐘。
[0021] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了按照前文所述的方法細(xì)化得到的鋁合金。
[0022] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了按照前文所述的鋁合金在鑄造車輪中的用途。
[0023] 在本發(fā)明的其他方面，還提供了以下的技術(shù)方案：
[0024]一種鋯-鈷-鋁-銀非晶條帶中間合金細(xì)化處理A356鋁合金的工藝方法，其特征 在于：包括以下步驟：步驟一、制備鋯-鈷-鋁-銀非晶條帶：按照物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算，Zr為 40-60份，Co為20-25份，Mg為14-18份，Ag為5-7份制備出鋯-鈷-硅-銀非晶條帶；步 驟二、熔煉精煉：以商用A356鋁合金為合金原料，以步驟一制得的鋯-鈷-銀非晶條帶為 中間合金，采用坩堝電阻爐熔煉，熔煉溫度為770-800°C，在該熔煉溫度下放入合金原料保 溫30-50分鐘，除渣攪拌至合金原料完全熔化，按照合金原料的質(zhì)量百分比為0. 5%加入精 煉劑，通入Ar氣3-30分鐘進(jìn)行除氣，保溫5-10分鐘后除渣；按照合金原料的質(zhì)量百分比為 0. 2-0. 6%加入步驟一制得的鋯-鈷-鋁-銀非晶條帶，在770-800°C保溫5-120分鐘；步 驟三、重力鑄造：保溫結(jié)束后，除渣，攪拌3-5分鐘后取出坩堝放于空氣中3-10分鐘，待鋁熔 體溫度為700-750°C時(shí)，除渣，將鋁熔體澆鑄于預(yù)熱至200°C的鑄鐵模具中，自然空冷后形 成棒材；步驟四、熱處理：將鑄鐵模具中的棒材進(jìn)行熱處理，包括，固溶處理：棒材在540°C 的熱處理爐中保溫2小時(shí)，在80°C的熱水中進(jìn)行淬火處理；時(shí)效處理：淬火處理結(jié)