一种基于稀土复合细化剂Al-Ti-B-RE制备的细晶铸造铝硅合金及其制备方法

本发明涉及铝合金，尤其涉及一种基于稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金及其制备方法。

背景技术：

1、晶粒细化是提高铝合金强韧性的一种重要手段，其在提高强度的同时还能提高塑性。除此之外晶粒细化还能够降低合金的凝固缺陷，提高合金的铸造性能，因此对于晶粒细化的研究具有重要的实际意义。目前常用的细化剂为al-5ti-1b细化剂，但是al-ti-b细化剂还存在着一些问题，比如tib2粒子容易聚集沉淀而影响晶粒细化效果。并且当al-ti-b细化剂对具有较高含量si、zr、cr、v、mn等元素的铝合金进行细化处理时，其细化作用会减弱甚至失效，造成晶粒粗大和组织不均匀。

2、al-si合金因其卓越的铸造能力、高强度重量比和卓越的导电性而被广泛用于汽车和航空航天领域。迄今为止，亚共晶al-si-mg合金已表现出优异的机械性能和耐热性。然而对于si含量较高的铝硅合金，al-5ti-1b的细化效果有限，过多的si原子在tib2/al界面处分离并溶解到al3ti中，降低其稳定性。这将削弱tib2颗粒的成核效力，导致si中毒现象。因此开发更为高效的细化剂就有重要的研究意义和实用意义。

3、本发明以铝硅合金为对象，在熔炼过程中加入稀土复合细化剂al-ti-b-re，稀土re的加入能够在al3ti的表面形成ti2al20re相，保护了al3ti从而使得稀土复合细化剂al-ti-b-re起具有很好的细化效果。铝硅合金经稀土复合细化剂al-ti-b-re细化后晶粒尺寸明显减小，从而开发出一种细晶的铸造铝硅合金。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金及其制备方法，通过对稀土复合细化剂al-ti-b-re的元素含量优化，设计出最佳的元素含量以及在合金中的最佳加入量。

2、为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本技术提供了一种稀土复合细化剂al-ti-b-re以及一种基于稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金。所述稀土复合细化剂包括以下质量分数的组分：ti 3.5～6.0％，b 0.5～2.0％，re 2.1～9.0％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％。基于所述稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金包括以下质量分数的组分：si5.00～7.50％，mg 0.20～0.60％，mn 0.10-0.22％，cu 0.15-0.30％，fe 0.01～0.15％，ti 0.02～0.20％，b 0.004～0.15％，re0.005～0.35％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％；其中ti、b和re以al-ti-b-re的形式加入。

4、进一步地，所述基于稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金包括以下质量分数的组分：si 5.50～7.50％，mg 0.25～0.60％，mn 0.10-0.20％，cu0.15-0.25％，fe 0.01～0.12％，ti 0.02～0.20％，b 0.004～0.15％，re 0.005～0.30％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％。

5、进一步地，所述稀土复合细化剂al-ti-b-re包括以下质量分数各组分：ti4.0～5.5％，b 0.5～2.0％，re 2.1～8.5％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％。

6、进一步地，所述稀土复合细化剂al-ti-b-re在铝硅合金中的加入量为0.10％～2.00％，优选为0.10％～1.50％。

7、进一步地，所述稀土包括la、ce、y、pm、er、nd、sm中的至少一种。

8、第二方面，本发明提供了上述基于稀土复合细化剂al-ti-b-re制备的细晶铸造铝硅合金的制备方法，包括以下步骤：

9、s1.提供纯铝、纯镁、铝-m中间合金、精炼剂和al-ti-b-re复合细化剂的预制原料，m包括cu、si、fe、mn，所述al-ti-b-re复合细化剂的组分含量为：ti 3.5～6.0％，b 0.5～2.0％，re 2.1～9.0％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％；所述预制原料中的各元素在基于100质量份的上述所有预制原料中的质量占比为：si 5.00～7.50％，mg 0.20～0.60％，mn0.10-0.22％，cu 0.15-0.30％，fe 0.01～0.15％，ti 0.02～0.20％，b 0.004～0.15％，re 0.005～0.35％，余量为al和杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量总和小于或等于0.30％；

10、s2.在熔炼前将纯铝、纯镁、铝-m中间合金、精炼剂和al-ti-b-re复合细化剂放在温度为150-250℃的干燥箱中干燥1.5-2.5小时后备用；

11、s3.将纯铝锭加入熔炼炉中，将炉温设置为720℃，使铝锭完全融化得到铝熔体；

12、s4.向铝熔体中依次加入铝-m中间合金和纯mg后获得铝合金熔体。

13、s5.将铝合金熔体温度升高到730℃-740℃，把精炼剂加入到熔体底部，并搅拌铝合金熔体5-10min，随后静止5-10min。

14、s6.扒渣后将铝合金熔体温度升高到740℃-760℃，向精炼后的铝合金熔体中加入al-ti-b-re稀土复合细化剂，搅拌3-5min后静止5-20min。

15、s7.随后将炉温降低到720℃-730℃，并将铝合金熔体浇铸到金属模具中得到含稀土的铝硅合金。

16、进一步地，所述精炼剂所述精炼剂包括caf2、k2sif6、cacl2、c2cl6中的至少一种。

17、本发明具有以下有益效果：

18、(1)在al-ti-b细化剂中加入少量的re能够在组织中形成ti2al20re相，ti2al20re相与al相有8组匹配关系，因此ti2al20re比tial3具有更好的成核效果，因此少量的稀土能够提高复合稀土细化剂al-ti-b-re的细化效果。随着在al-ti-b细化剂中加入的re增加，re能够在tial3相表面形成ti2al20re相，被ti2al20re相包围的tial3相具有更好的形核效果。

19、(2)复合稀土细化剂al-ti-b-re中re的含量不能过高，当复合稀土细化剂al-ti-b-re中re的含量过高时过量的re会和ti2al20re相反应生成大量网状的al4re相，这会减少合金中ti2al20re相形核粒子，而网状的al4re相不具有形核效果，因此需要控制复合稀土细化剂al-ti-b-re中re的含量。

20、(3)al-si合金中的re能细化共晶硅，并改善共晶硅的形态，此外，re能够明显细化α-al晶粒和β-al5fesi针状析出物，避免si中毒现象。但是稀土复合细化剂的加入量不能过高，随着re含量的增加含re针状化合物的尺寸增大，从而降低al-si合金的延展性，因此需要控制al-si合金用稀土复合细化剂al-ti-b-re中的re含量和稀土复合细化剂的加入量。

21、(4)适量的re的加入具有一定的净化能力，能够减少铝熔体中的氢含量，并且能够减少铝合金中有害的金属夹杂和氧化物，从而起到除气净化熔体的作用。

22、(5)稀土复合细化剂al-ti-b-re的加入极大的细化了合金晶粒尺寸和第二相的尺寸，确保了组织的均匀性，并且晶粒细化导致铝合金的孔隙率和孔隙尺寸减小，从而能够提高合金的力学性能。

23、(6)re能够抑制al-ti-b中tib2颗粒的聚集，tib2的形核能最低是铝非常有效的成核剂，因此re的加入对复合稀土细化剂al-ti-b-re的细化效果是有益的。