一种铝合金晶粒细化的方法及装置与流程

本技术涉及铝合金铸造，具体涉及一种铝合金晶粒细化的方法及装置。

背景技术：

1、铝合金是以铝为基础的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌或锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬或锂等。铝合金的加工性能好，尤其是亚共晶硅铝合金，不仅加工性能好，而且比重轻，表面美观且耐腐蚀，铸造性能好，制品综合力学性能好，可用于制作多种形态的部件，在许多领域中得到广泛应用。铝合金作为汽车零部件的主要材料，在国内外被广泛应用于制造车门、车窗以及车身结构内不可见部位等。

2、随着汽车行业的快速发展，行业内对铝合金的性能要求越来越高。但是，现有的铝合金在制备汽车车身材料时，冲压成品率较低，导致生产成本高；同时，其制成的汽车车身材料还存在撞击或追尾过程中变形性大影响乘车安全以及刮擦后刮痕明显影响车身美观等缺点。

3、由hall-petch公式可知，晶粒平均尺寸越小，材料的屈服强度越高，其塑性和韧性也会显著提高。因此，细化晶粒能提高材料的综合力学性能，是改善铝合金产品内在质量的重要途径。

4、目前，铝合金的晶粒细化主要有三种方法：快速凝固法、机械振动法和添加晶粒细化剂法。快速凝固法由于冷却速率快，可在凝固开始前获得较大的过冷度，增加形核速率并减少生长时间，从而细化晶粒。机械振动法通过打碎枝晶，增加形核数量从而细化晶粒。添加晶粒细化剂法通过对铝合金制备过程中细化合金添加时机的调整减小了所得铝合金中晶粒的粒径，确保了得到铝合金具有良好的性能，但是该方法需要通过低压充型的设备来实现，因此晶粒细化过程需要增加设备成本。

5、因此，以上三种方法的成本均较高，且不易控制，因此，亟需一种成本较低且能够有效细化铝合金晶粒的方法。

技术实现思路

1、本技术的目的之一在于提供一种铝合金晶粒细化的方法，以解决相关技术中的铝合金晶粒细化成本较高且不能够有效细化的问题；目的之二在于提供一种铝合金晶粒细化的装置。

2、为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：将第一铝合金在第一熔炼炉中加热至融化，得到液态第一铝合金；将液态第一铝合金在第一预设温度范围内加入铝钛合金，得到液态第一合金；将第二铝合金在第二熔炼炉中加热至融化，得到液态第二铝合金；所述第二铝合金和所述第一铝合金的质量比为0.1-0.2；所述第二铝合金的成分与所述第一铝合金的成分相同；将所述液态第二铝合金在第二预设温度范围内加入铝钛硼合金，得到液态第二合金；在第三预设温度范围内下搅拌所述液态第二合金；将所述液态第一合金和所述液态第二合金混合。

3、根据上述技术手段，当液态第二合金(即铝钛硼合金)在部分结晶时，在机械搅拌的高剪切力作用下，发生碰撞、枝晶破碎，与液态第二合金(即含钛铝合金)混合后，原位诱导其生成细小的结晶核心，避免了tial3相和tib2相颗粒的聚集长大，显著细化铝合金晶粒。

4、这样一来，本技术的铝合金晶粒细化方法能够有效将晶粒细化，并且相较于相关技术中的晶粒细化方法，不需要借助其他设备(例如，冷却设备、震动设备或低压充型的设备)，从而能够在一定程度上降低铝合金晶粒细化的成本。

5、进一步的，所述第一铝合金的组分按百分比配比为si：6.5-7.0wt％、mg：0.30-0.40wt％、fe：≤0.20wt％、cu：≤0.20wt％、mn：≤0.10wt％、zn：≤0.10wt％，余量为铝和不可避免的第一杂质元素；

6、所述铝钛合金的组分按百分比配比为ti：4.5-5.5wt％，余量为铝和不可避免的第二杂质元素；所述铝钛硼合金的组分按百分比配比为ti：2.8-3.2wt％、b：3.5-4.5wt％，余量为铝和不可避免的第三杂质元素。

7、进一步的，所述不可避免的第一杂质元素的总量小于≤0.12wt％。

8、进一步的，所述第一预设温度范围为730℃-750℃；所述第二预设温度范围为740℃-770℃；所述第三预设温度范围为640℃-670℃。

9、进一步的，所述铝钛合金占所述第一铝合金的组分为：0.08-0.12wt％；所述铝钛硼合金占所述第二铝合金的组分为：0.05-0.1wt％。

10、进一步的，所述得到液态第一铝合金之后，且在所述将液态第一铝合金在第一预设温度范围内加入铝钛合金，得到液态第一合金之前，所述方法还包括：将所述液态第一铝合金精炼；

11、在所述得到液态第二合金之后，且在将液态第二铝合金在第二预设温度范围内加入铝钛硼合金，得到液态第二合金之前，所述方法还包括：将所述液态第二铝合金精炼。

12、进一步的，所述将所述液态第一合金和所述液态第二合金混合之后，所述方法还包括：将混合后的所述液态第一合金和所述液态第二合金注入模具，凝固冷却得到铸件。

13、进一步的，所述在第三预设温度范围内下搅拌所述液态第二合金，包括：将温度控制在第三预设温度范围内，开启搅拌杆，所述搅拌杆的旋转速度为200-300r/min，搅拌时间为3分钟。

14、根据上述技术手段，当液态第二合金(即铝钛硼合金)在部分结晶时，在该搅拌杆的高剪切力作用下，使液态第二合金发生碰撞、枝晶破碎，从而有利于铝合金晶粒细化。

15、一种铝合金晶粒细化的装置，包括：浇注设备、晶种发生器、搅拌杆、控温装置和浇道，其中，浇注设备内设置有第一容纳腔以及与所述第一容纳腔连通的第一开口；所述第一容纳腔用于容纳液态第一合金；晶种发生器内设置有第二容纳腔以及与所述第二容纳腔连通的第二开口；所述第二容纳腔用于容纳液态第二合金；搅拌杆的一端伸入所述第二容纳腔中，所述搅拌杆用于搅拌所述液态第二合金；控温装置环绕所述第二容纳腔设置，用于加热所述第二容纳腔内的液态第二合金；浇道通过第一阀门与第二容纳腔连通，且与所述第一容纳腔连通；所述浇注设备中的所述液态第一合金能够从所述第一开口流入所述浇道中；在所述第一阀门打开时，所述液态第二合金能够流入所述浇道中，以将所述液态第一合金和所述液态第二合金混合。

16、根据上述技术手段，可以将液态第一合金加入到浇注设备的第一容纳腔中，将液态第二合金加入到晶种发生器的第二容纳腔中，通过晶种发生器周围的控温装置为液态第二合金提供合适的温度，并且通过搅拌杆搅拌液态第二合金，以使液态第二合金在搅拌的高剪切力作用下，发生碰撞、枝晶破碎。之后，该液态第一合金可以通过第一开口流入浇道中，液态第二合金也通过第二开口流入浇道中，该液态第二合金和液态第一合金混合，液态第一合金(即铝钛硼合金)原位诱导其生成细小的结晶核心，避免了tial3相和tib2相颗粒的聚集长大，显著细化铝合金晶粒。

17、这样一来，本技术的铝合金晶粒细化的装置能够有效将晶粒细化，并且相较于相关技术中的晶粒细化装置，结构简单，即不需要借助冷却设备、震动设备或低压充型等高能耗高成本设备，从而能够降低铝合金晶粒细化的成本。

18、进一步的，沿所述搅拌杆的延伸方向设置有螺旋状凸起。

19、根据上述技术手段，本技术采用的是搅拌杆带有螺旋状凸起，本技术带有螺旋状凸起的搅拌杆的相较于现有技术中的叶片状搅拌装置，本技术的搅拌杆大幅减少了与浆料(即液态第二合金)的接触面积，从而降低浆料对搅拌杆的腐蚀，提高搅拌杆的使用寿命。

20、进一步的，螺旋状凸起包括：第一螺旋状凸起和第二螺旋状凸起，第一螺旋状凸起的旋转方向与所述第二螺旋状凸起的旋转方向相反，且所述第一螺旋状凸起与所述第二螺旋状凸起连接。

21、根据上述技术手段，当开启搅拌杆后，在相同的搅拌速度下，浆料在搅拌杆搅拌下会产生竖直方向的运动，也即位于第一螺旋状凸起附近的浆料在第一螺旋状凸起的作用下向第二螺旋状凸起周围移动，而第二螺旋状凸起附近的浆料在第二螺旋状凸起的作用下向第一螺旋状凸起周围移动，如此，浆料间相互作用力增强，从而提高浆料的搅拌效果。

22、进一步的，该装置还包括：模具，所述模具上开设有模具孔，所述模具孔与所述浇道连通。

23、根据上述技术手段，混合后的液态第一合金和液态第二合金可以浇注在模具孔内，带凝固冷却后可以直接得到铸件。

24、进一步的，该装置还包括：控制器，所述控制器与所述控温装置、所述搅拌杆、所述第一阀门均电连接，用于控制所述控温装置、所述搅拌杆和所述第一阀门的开启或关闭以及所述第一阀门的开度。

25、根据上述技术手段，可以通过控制器控制控温装置、搅拌杆和第一阀门开启或关闭以及第一阀门的开度，从而方便控制铝合金晶粒细化的进程。

26、本技术的有益效果：

27、(1)当液态第二合金(即铝钛硼合金)在部分结晶时，在机械搅拌的高剪切力作用下，发生碰撞、枝晶破碎，与液态第二合金(即含钛铝合金)混合后，原位诱导其生成细小的结晶核心，避免了tial3相和tib2相颗粒的聚集长大，显著细化铝合金晶粒。这样一来，本技术的铝合金晶粒细化方法能够有效将晶粒细化，并且相较于相关技术中的晶粒细化方法，不需要借助其他设备(例如，冷却设备、震动设备或低压充型的设备)，从而能够在一定程度上降低铝合金晶粒细化的成本。

28、(2)本技术提供一种铝合金晶粒细化的装置，可以将液态第一合金加入到浇注设备的第一容纳腔中，将液态第二合金加入到晶种发生器的第二容纳腔中，通过晶种发生器周围的控温装置为液态第二合金提供合适的温度，并且通过搅拌杆搅拌液态第二合金，以使液态第二合金在搅拌的高剪切力作用下，发生碰撞、枝晶破碎。之后，该液态第一合金可以通过第一开口流入浇道中，液态第二合金也通过第二开口流入浇道中，该液态第二合金和液态第一合金混合，液态第一合金(即铝钛硼合金)原位诱导其生成细小的结晶核心，避免了tial3相和tib2相颗粒的聚集长大，显著细化铝合金晶粒。这样一来，本技术的铝合金晶粒细化的装置能够有效将晶粒细化，并且相较于相关技术中的晶粒细化装置，结构简单，即不需要借助冷却设备、震动设备或低压充型等高能耗高成本设备，从而能够降低铝合金晶粒细化的成本。

29、(3)本技术采用的是搅拌杆带有螺旋状凸起，本技术带有螺旋状凸起的搅拌杆的相较于现有技术中的叶片状搅拌装置，本技术的搅拌杆大幅减少了与浆料(即液态第二合金)的接触面积，从而降低浆料对搅拌杆的腐蚀，提高搅拌杆的使用寿命。

30、(4)由于第一螺旋状凸起的旋转方向与所述第二螺旋状凸起的旋转方向相反，且所述第一螺旋状凸起与所述第二螺旋状凸起连接。当开启搅拌杆后，在相同的搅拌速度下，浆料在搅拌杆搅拌下会产生竖直方向的运动，也即位于第一螺旋状凸起附近的浆料在第一螺旋状凸起的作用下向第二螺旋状凸起周围移动，而第二螺旋状凸起附近的浆料在第二螺旋状凸起的作用下向第一螺旋状凸起周围移动，如此，浆料间相互作用力增强，从而提高浆料的搅拌效果。

31、(5)由于该铝合金晶粒细化的装置还包括：模具，所述模具上开设有模具孔，所述模具孔与所述浇道连通。如此，混合后的液态第一合金和液态第二合金可以浇注在模具孔内，带凝固冷却后可以直接得到铸件。

32、(6)由于所述控制器与所述控温装置、所述搅拌杆和所述第一阀门均电连接，用于控制所述控温装置、所述搅拌杆和所述第一阀门开启或关闭以及第一阀门的开度。由于散热器与发光器件贴合，从而该散热器能够对该发光器件散热，避免发光器件长时间运行导致发光器件的温度急剧升高而影响其使用寿命。另外，由于该散热器件设置在壳体外，可以避免热量集聚在壳体内，提高散热器件的散热效率。从而，工人可以通过控制器控制控温装置、搅拌杆和第一阀门开启或关闭以及第一阀门的开度，从而方便控制铝合金晶粒细化的进程。