一种细化铝合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金熔炼领域，具体地涉及一种细化铝合金的方法。
【背景技术】
[0002] A356. 2铝合金具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，比重小，耐蚀性好等优良特 性，是汽车轮毂的主要使用材料。然而，未细化变质的A356. 2铝合金的铸态组织为粗大片 状或针状共晶硅和a-Al枝晶组织，力学性能较低。因此，必须添加变质元素及晶粒细化元 素，使共晶硅形态由粗大的片状或针状转变为细小的球状或棒状，同时使a-Al晶粒得到 细化，才能提高A356. 2合金的使用性能，扩展其应用范围。目前，工业生产中A356. 2铝合 金常用的细化剂有Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C等。
[0003] 在先技术，CN102886511A公开了一种制备Al-Ti-C晶粒细化剂的方法。所述细化 剂由TiC加入铝液中制得。涉及到的TiC为纳米颗粒，材料成本高，制备工艺复杂。且需要 使用氩气或氮气将该纳米粉末分散到熔体中，加大了工艺的复杂程度和整个工艺的周期， 不易控制，不利于产业化生产。
[0004] 在先技术，CN103667759A公开了一种Al-Mg-Si系合金a -Al晶粒细化剂及其制 备方法。该方法需将Ti、Bi、Cr三种粉末混合后研磨至200-400目，加大了工艺时长。且粉 末需用铝箔紧密包裹后，在200-25(TC下烘烤30min后方可使用，增加了工艺复杂程度，不 利于产业化生产。
[0005] 在先技术，CN103589912A公开了一种快速凝固Al-Ti-B-Sc中间合金细化剂及其 制备方法。该细化剂为晶态材料，其显微组织由a -Al及尺度为微米级的TiAl3、TiB2、AlB2 和Al3Sc晶体相组成，微米级的析出相提供有限的形核质点，限制了元素的细化效果。
[0006] 综上所述，现有技术中的铝合金细化剂要么成本较高难以广泛应用，要么使用步 骤和过程复杂，限制了其在生产上的应用。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的目的是提供一种新型的铝合金细化剂，从而克服以上的各个问题。
[0008] 为了实现以上的发明目的，本发明提供了以下的技术方案：
[0009] 在本发明的一个方面，提供了一种细化铝合金的方法，其特征在于，其使用Al-Nd 二元非晶合金作为铝合金细化剂，并且所述的Al-Nd二元非晶合金中Nd的原子百分比为 8-12%〇
[0010] 在本发明一个优选的方面，所述的非晶合金的熔点为800°C以内。
[0011] 在本发明一个优选的方面，所述的铝-稀土元素的非晶合金是Al9tlNd 1P
[0012] 在本发明一个优选的方面，在铝合金细化过程中，按铝合金的重量计，加入 0. 17-0. 32%的铝合金细化剂，熔炼温度为比铝合金细化剂的熔化温度高20-40摄氏度，但 不低于A356. 2合金的通常熔炼温度720°C。
[0013] 在本发明一个优选的方面，加入0.25%的铝合金细化剂，并且熔炼温度为比铝合 金细化剂的熔化温度高20摄氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔炼温度720°C。
[0014] 在本发明一个优选的方面，所述的铝-稀土元素的非晶合金是圆柱形试块。
[0015] 在本发明一个优选的方面，提供了按照前文所述的方法细化加工得到的铝合金。
[0016] 在本发明一个优选的方面，提供了按照前文所述的方法细化加工得到的铝合金在 铸造车轮中的用途。
[0017] 在本发明的其他方面，还提供了以下的技术方案：
[0018] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种利用二元铝一稀土非晶对 A356. 2合金进行晶粒细化的方法，包括如下步骤：
[0019] 第一步，铝基二元非晶成分的选择。
[0020] 选择熔点800°C以内的铝-稀土二元非晶成分，保证能耗较低，降低合金熔炼过程 中的挥发。所选铝基非晶是Al 9QNd1Q。
[0021] 第二步，铝基非晶细化剂的制备。
[0022] 按照上述成分选择原则，选择一种纯度不低于99. 99%、厚15 μπκ宽I. 5mm的商业 铝基非晶条带（购自安泰科技股份有限公司）。利用压块机将条带在500MPa压力下压制5 秒，制成φ?5 mm X 5 mm的圆柱形试块，以方便取用。
[0023] 第三步，铝合金熔炼温度的确定及熔炼过程。
[0024] 根据所选铝基非晶的差示扫描量热仪（DSC)检测结果，分析铝基非晶的熔化温 度，从而确定A356. 2合金的熔炼温度，使得A356. 2合金熔炼温度比铝基非晶的熔化温度高 至少20°C，但不低于A356. 2合金的通常熔炼温度720°C，保证非晶合金加入A356. 2铝合金 后能够顺利熔解。待A356. 2合金熔化后，取质量分数0. 25%的铝基非晶圆柱试块加入到 A356. 2铝合金液中，机械搅拌120s使其充分熔解并分散均匀，将合金液静置lOmin，除渣后 进行浇铸。
[0025] 本发明的有益效果是：本发明中用于细化A356. 2合金的铝基合金为非晶态合金， 具有成分均匀的特点，其加入到铝合金液后析出大量纳米级颗粒相，这些纳米析出相作为 异质形核核心，均匀分散在铝液中。细化处理后A356. 2合金中a-Al晶粒尺寸比传统细化 剂处理的铝合金显著减小，细化效果更好。
[0026] 与现有技术相比，本发明的显著进步如下：本发明专利所述细化剂的制备过程简 单，只需将商购条带与铝粉混合并压制成块即可使用，工时短，生产率高。本发明专利细化 剂选用的是对A356. 2合金细化能力强的含稀土合金，且为非晶态，其加入熔体后元素分布 比传统合金更加均匀，析出相为纳米相，大大增加了异质形核质点数量，改善了铝合金的晶 粒细化效果。细化剂为非晶态材料，该材料加入铝熔体后可提供大量、分布均匀的纳米级形 核质点，大大提高了 A356. 2合金的细化效果。该方法工艺过程较为简单，生产周期短，克服 了熔炼和制备过程工艺复杂、工艺时间长、细化效果有限等弊端。
【具体实施方式】
[0027] 第一步，铝基非晶成分的选择。
[0028] 选择熔点800°C以内的铝-稀土二元非晶成分，保证能耗较低，降低合金熔炼过程 中的挥发。本实施例选择了以下的非晶合金：
[0029] 试验组I :Al88Nd12#晶合金
[0030] 试验组2 :Al9tlNdltl非晶合金
[0031] 试验组3 :Α192Ν(Μ_晶合金
[0032] 以上的非晶合金均购自安泰科技股份有限公司。
[0033] 对照组！Al-Ti-B细化剂
[0034] 以上的铝合金细化剂购自KBM Affilips公司。
[0035] 本发明实施例的Α356. 2铝合金均购自滨州盟威联信新材料有限公司。
[0036] 第二步，铝基非晶细化剂的制备。
[0037] 按照上述成分选择原则，选择纯度不低于99. 99 %、厚15 μ m、宽I. 5mm的商业 Al88Nd12、Al9tlNdltl和Al 92制8非晶条带（购自安泰科技股份有限公司），试验结果表明， Al9tlNdltl条带的X射线衍射显示出典型的"馒头状"漫散射峰，证实条带确实为非晶。利用 压块机将条带在500MPa压力下压制5秒，制成φ?5 mm X 5 mm的圆柱形试块，以方便取 用。
[0038] 第三步，铝合金熔炼温度的确定及熔炼过程。
[0039] 根据Al9tlNdltl非晶的差示扫描量热仪（DSC)检测结果，分析该铝基非晶的熔化温度 在644°C左右（放热峰曲线切线交点对应的温度），从而确定A356. 2合金的熔炼温度，使得 A356. 2合金熔炼温度比铝基非晶的熔化温度高至少20°C，但不低于A356. 2合金的通常熔 炼温度720°C，最终确定铝合金熔炼温度为720°C，保证非晶合金加入A356. 2铝合金后能够 顺利熔解。待A356. 2合金熔化后，针对三个试验组，分别取以铝合金的质量计算，质量分数 分别为〇· 17% (试验组1)、0· 25% (试验组2)和(λ 32% (试验组3)的铝基非晶圆柱试块 加入到Α356. 2铝合金液中，机械搅拌120s使其充分熔解并分散均匀，将合金液静置lOmin， 除渣后进行浇铸。
[0040] 试验结果表明，A356. 2 铝合金（6. 82 % Si, 0· 34 % Mg, 0· 06 % Fe, 0· 09 % Ti, (λ 022 % Sr, (λ 0008 % B，余量Al)的铸态金相显微组织。A356. 2铝合金铸态组织中 a -Al晶粒较粗大，其平均晶粒尺寸为134. 3 μm。
[0041] 试验结果表明，A356. 2铝合金中加入质量分数0. 25%传统铸态Al-5Ti-lB细化剂 后（试验组2)合金铸态显微组织。试验组2中，处理后a-Al晶粒得到细化，其平均晶粒 尺寸为81. 4 μπι。
[0042] 试验结果表明，Α356. 2铝合金中加入质量分数0. 25%的Al9ciNdltl非晶圆柱试块后 (试验组2)合金铸态显微组织。如此处理后a-Al晶粒得到进一步细化，其平均晶粒尺寸 为40. 3 μ m。可见本实施例所制二元铝基非晶条带圆柱形试块加入到A356. 2合金后的细化 效果比传统铸态细化剂更优。
[0043] 经试验，各组合金经热处理后（热处理工艺为540°C X 2h+150°C X 12h)的抗拉强 度均高于283MPa，屈服强度均高于242MPa，伸长率均高于8. 7% (试验组1和3的图未显 示）。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%。一般来说，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%。由此可见，本申请的三种细化剂 均符合铝合金车轮铸造生产的需求。
[0044] 上述实施例中所用的原材料和设备均通过公知的途径获得，所用的操作工艺是本 技术领域的技术人员所能掌握的。
【主权项】
1. 一种细化铝合金的方法，其特征在于，其使用Al-Nd二元非晶合金作为铝合金细化 剂，并且所述的Al-Nd二元非晶合金中Nd的原子百分比为8-12%。2. 权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非晶合金的熔点为800°C以内。3. 权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铝-稀土元素的非晶合金是Al9(lNd1(l。4. 权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在铝合金细化过程中，按铝合金 的重量计，加入0. 17-0. 32%的铝合金细化剂，熔炼温度为比铝合金细化剂的熔化温度高 20-40摄氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔炼温度720°C。5. 权利要求4所述的方法，其特征在于，加入0. 25%的铝合金细化剂，并且熔炼温度为 比铝合金细化剂的熔化温度高20摄氏度，但不低于A356. 2合金的通常熔炼温度720°C。6. 权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的铝-稀土元素的非晶合金是 圆柱形试块。7. 按照权利要求1-6所述的方法细化加工得到的铝合金。8. 按照权利要求1-6所述的方法细化加工得到的铝合金在铸造车轮中的用途。
【专利摘要】本发明提供一种细化铝合金的方法，其使用Al-Nd二元非晶合金作为铝合金细化剂，并且所述的Al-Nd二元非晶合金中Nd的原子百分比为8-12％。细化剂为非晶态材料，该材料加入铝熔体后可提供大量、分布均匀的纳米级形核质点，大大提高了A356.2合金的细化效果。该方法工艺过程较为简单，生产周期短，克服了熔炼和制备过程工艺复杂、工艺时间长、细化效果有限等弊端。
【IPC分类】C22C1/02, C22C1/06, C22C21/00
【公开号】CN104894409
【申请号】CN201510121111
【发明人】王立生, 王永宁, 朱志华, 刘春海, 李昌海, 阿拉腾, 张振栋, 白帮伟, 赵维民, 王志峰
【申请人】中信戴卡股份有限公司, 河北工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月19日