铝合金细化剂,其制造方法及用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金的熔炼和加工领域，更具体地涉及一种铝合金细化剂，其制备 方法及在细化铝合金中的用途。
【背景技术】
[0002] 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械 制造、船舶及化学工业中已大量应用。纯铝的密度小（P =2. 7g/cm3)，大约是铁的1/3,熔 点低（660°C )，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ :32~40%，Φ :70~90% )，易 于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σ b值约为 8kgf/mm2,故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素 及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在 保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，〇b值分别可达24~60kgf/mm 2。这样 使得其"比强度"（强度与比重的比值〇b/p)胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛 用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝 合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。铝合 金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电 性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得 良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。
[0003] 铝合金在交通、化工、机械、电力、电子、仪表、建筑、农业及轻工业等部门中的广泛 应用，对铝合金的组织和性能提出了更高的要求。而熔铸出细小均匀的等轴晶组织是获得 优良性能的关键所在。晶粒细化成为创新冶金与铝合金新型材料研发的重要手段。
[0004] 随着汽车工业的蓬勃发展，铝合金车轮由于其造型美观大方、散热性能好、轻便省 油、伸缩率高弹性好、刚性好、保圆形好等优点，目前在低、中、高端汽车中广泛应用。目前 国际汽车行业中，经常采用A356铝合金来铸造成车轮。A356铝合金是Al-Si-Mg系合金， Si的质量含量为6. 5% -7. 5%，Mg的质量含量为0. 25% -0. 35%，由于Si质量含量>6%， 属于亚共晶组织，所以需要采用细化变质处理来改善合金的组织和性能。
[0005] 汽车车轮对A356铝合金的力学性能的一般要求为：抗拉强度Rm>220MPa、屈服强 度RpO. 2>180MPa、伸长率As>7%。传统的添加 Al-5Ti-lB中间合金的A356的力学性能为 Rm :270-280MPa、Rp0. 2 :220-230MPa、As :8% -9%。
[0006] 商业上应用的细化剂为Al-5Ti-lB，变质剂为Al-lOSr，经过细化变质后合金的强 度和塑性有一定的提高，但是Al-5Ti-lB中的可能出现粗大针状的TiA13相，而且作为形核 中心的TiB2相易聚集成团，为了避免Al-5Ti-lB细化的缺点，得到力学性能更优异的铝合 金车轮，需要改进细化变质剂和细化的方法。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的目的是提供一种铝合金细化剂，以及细化铝合金的方法以及其细 化得到的铝合金，从而获得力学性能更为优异的铝合金，以满足车轮等领域的需求。为了实 现以上的发明目的，本发明提供了以下的技术方案：
[0008] 在本发明的一个方面，提供了一种铝合金细化剂，其特征在于，所述的铝合金细化 剂包括原子百分比为50-60%的Zr、原子百分比为20-25%的Co、原子百分比为14-18%的 Si和原子百分比为5-7%的Ag ;优选地，所述的铝合金细化剂是非晶合金。
[0009] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂由原子百分比为50-60%的Zr、 原子百分比为20-25 %的Co、原子百分比为14-18 %的Si和原子百分比为5-7 %的Ag组成。
[0010] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂由原子百分比为53-58%的Zr、 原子百分比为21-24 %的Co、原子百分比为17-18 %的Si和原子百分比为5-7 %的Ag组成。 [0011] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂由原子百分比为56%的Zr、原子 百分比为22%的Co、原子百分比为16%的Si和原子百分比为6%的Ag组成。
[0012] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂由原子百分比为58%的Zr、原子 百分比为21%的Co、原子百分比为16%的Si和原子百分比为5%的Ag组成。
[0013] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂由原子百分比为54%的Zr、原子 百分比为25%的Co、原子百分比为14%的Si和原子百分比为7%的Ag组成。
[0014] 在本发明一个优选的方面，所述的铝合金细化剂按照如下的方法来制备：（1)将 权利要求1-6任一项所述的各种金属的单质按照比例加入电弧熔炼炉中，并在惰性气体氛 围下进行熔炼；以及（2)使用铜模具将步骤（1)所述的熔体制备成铸件；优选地，所述步骤 (2)中使用熔体纺丝的方法来将熔体制备成铸件。
[0015] 在本发明的另一个方面，提供了一种细化铝合金的方法，所述的方法包括步骤： (1)将铝合金在770-800摄氏度下熔化；（2)按照铝合金原料质量的0. 2-0. 6wt. %加入权 利要求1-6中任一项所述的铝合金细化剂或者按照权利要求7所述的方法制备的铝合金细 化剂，并在770-800摄氏度下保温5-120分钟。
[0016] 在本发明一个优选的方面，所述的方法在步骤（2)之后还包括步骤（3):搅拌3-5 分钟后取出坩埚放于空气中3-10分钟，待铝熔体温度为700-750°C时，除渣，将铝熔体浇铸 于铸铁模具中，自然空冷后形成棒材；优选地，所述的铸铁模具预热至170-230°C;进一步优 选地，预热至200 °C。
[0017] 在本发明一个优选的方面，其特征在于，所述的方法在步骤（3)之后还包括步骤 (4):棒材在540°C的热处理炉中保温2小时，在80°C的热水中进行淬火处理；优选地，所述 的方法在步骤（4)之后还包括步骤（5):淬火处理结束后，将棒材转移至150°C的热处理炉 中保温12小时，并在空气中冷却。
[0018] 在本发明一个优选的方面，所述的待处理铝合金是A356铝合金。
[0019] 在本发明一个优选的方面，在步骤（2)中，按照铝合金原料质量的0. 4wt. %加入 铝合金细化剂。
[0020] 在本发明一个优选的方面，在步骤（2)中，保温10-30分钟；优选地，保温10分钟。
[0021] 在本发明的另一个方面，提供了按照前文所述的方法细化得到的铝合金。
[0022] 在本发明的另一个方面，提供了按照前文所述的方法细化得到的铝合金在铸造车 轮中的用途。
[0023] 在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：
[0024] -种锆-钴-铝-银非晶条带中间合金细化处理A356铝合金的工艺方法，其特征 在于：包括以下步骤：步骤一、制备锆-钴-铝-银非晶条带：按照物质的量分数计算，Zr为 40-60份，Co为20-25份，Si为14-18份，Ag为5-7份制备出锆-钴-硅-银非晶条带；步 骤二、熔炼精炼：以商用A356铝合金为合金原料，以步骤一制得的锆-钴-银非晶条带为 中间合金，采用坩埚电阻炉熔炼，熔炼温度为770-800°C，在该熔炼温度下放入合金原料保 温30-50分钟，除渣搅拌至合金原料完全熔化，按照合金原料的质量百分比为0. 5%加入精 炼剂，通入Ar气3-30分钟进行除气，保温5-10分钟后除渣；按照合金原料的质量百分比为 0. 2-0. 6%加入步骤一制得的锆-钴-铝-银非晶条带，在770-800°C保温5-120分钟；步 骤三、重力铸造：保温结束后，除渣，搅拌3-5分钟后取出坩埚放于空气中3-10分钟，待铝熔 体温度为700-750°C时，除渣，将铝熔体浇铸于预热至200°C的铸铁模具中，自然空冷后形 成棒材；步骤四、热处理：将铸铁模具中的棒材进行热处理，包括，固溶处理：棒材在540°C 的热处理炉中保