专利名称：四元晶粒细化剂及其制造方法
技术领域：
本发明是一种用作铝及铝合金晶粒细化剂的铝-钛-碳-硼四元合金及其制造方法。
众所周知，在铝及铝合金铸造过程中，在熔体中添加适当的细化剂能显著细化铸件的晶粒，从而改善其性能和减少废品的出现。因此，三十多年来在铝工业中对晶粒细化剂的研究和应用得到广泛的重视。最初用作细化剂的是Al-Ti合金。但用它作细化剂需要较高的含钛量才有使用效果。后来发现在Ai-Ti含金中添加少量的硼能显著提高其细化晶粒的效果。其原因是硼与钛作用能生成高熔点(2980℃)的TiB2弥散质点。但TiB2质点有较严重的聚集倾向，在熔体中长时间停留容易形成羽状晶。而且当铝合金中含有Zr、Cr、Mn等元素时，会降低其细化效果。近几年又有专利(US№4748001)提出制造和使用一种含有大量TiC弥散质点的Al-Ti-C合金细化剂。TiC与铝具有相同的晶体结构(面心立方)和非常接近的晶格常数(TiC，a＝4.32A;Al，a＝4.04A)，而且其熔点很高(3147℃)，非常稳定。因此它可作为铝及铝合金熔体结晶时理想的晶种。但是，由于铝熔体对石墨的浸润性很差，难于溶解碳，碳与钛也很难化合生成TiC，TiC又是一种非常硬脆的物质，这就使高含碳量的Al-Ti-C合金难于熔炼和加工。可能就是由于这种原因，世界各国至今仍无这种产品出售。
本发明的目的是制造一种比上述三种细化剂使用效果更好，而又容易生产制造和无其它缺点的晶粒细化剂。
本发明是一种含有碳和硼的Al-Ti-C-B四元合金。合金中同时含有Al3Ti、TiB2、TiC三种能起晶种作用的弥散质点。该合金较理想的成分(按重量)是2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，余量为Al和杂质。其中各元素按重量含量的相互关系最好能满足下列关系C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
本发明所述细化剂，可以是铸锭，也可制成粒状或丝状。
本发明的细化剂制造方法如下先将铝熔化，加入钛，钛完全熔化后同时加入经予热的碳和含硼的化合物，或先加入碳后再加入硼化物，充分搅拌熔体，然后静置片刻，浇注成铸锭。铸锭可通过挤压或轧制等方法加工成丝材，也可将合金熔体用制粒机直接制成粒子。
为使熔体中各元素充分作用，最好在铝液温度达1000-1100℃时加入钛，1100-1200℃时加入碳、硼以氟硼酸钾加入，并与碳混合后同时加入，碳应以粒度小于80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，并加入前在500-700℃予热1小时以上，浇注时熔体温度控制在900-1000℃。
其熔炼过程可在真空中或大气中进行。若在大气中熔炼，需用冰晶石或其它碱金属和碱土金属的卤盐作熔剂，在加入碳粉前需彻底清渣。
本发明具有以下优点它比Al-Ti-B和Al-Ti-C具有更好的细化晶粒效果，而又容易生产制造，起晶种作用的弥散质点无明显的聚集倾向，对含Cr、Zr、Mn的铝合金也有良好的使用效果。
三种细化剂对纯铝(Al-1)晶粒的细化效果如附图
所示。它们是用同样的熔铸条件(在铝液温度升到725℃时加入细化剂，停留5分钟浇注到φ30×50mm的室温铸铁模中)，同样的细化剂加入量(按炉料重的0.2%)所得的铸锭宏观组织(1∶1)。其中1是未加任何细化剂的，2是添加Al-5Ti-1B丝状细化剂的，3是添加Al-5Ti-1C铸块细化剂的，4是添加Al-4Ti-1(C+B)铸块细化剂。由图可以看出，Al-Ti-C-B含金细化剂的细化晶粒效果明显优于其它两种含金细化剂。
下面结合实例详细叙述本发明的细化剂制造过程例一用5652克纯铝(Al-1)，300克钛屑，60克100目(149微米)的碳粉，550克氟硼酸钾，在高频感应炉中用石墨坩锅熔炼。首先熔化铝，当熔体温度达1050-1100℃时加入钛屑，并加入适量冰晶石作熔剂。待钛完全熔解到铝中后，溶体温度达1100-1200℃时，彻底清渣，然后用料盅分批将铝箔包好的炭黑与氟硼酸的混合物压入熔体内。炭黑在加入前应在500-700℃加热1小时。混合物加入到熔体中后应充分搅拌熔体，使碳和硼能充分与钛作用生成TiC和T
B2。全部混物添加后，应使熔体静置10分钟，使未作用的游离碳和其它悬浮杂质能漂浮到液面，然后再添加少量冰晶石，将其造渣除去。待熔体温度降至950-1000℃时浇注成锭，或用制粒机制出粒子。铸锭通过挤压或轧制等方法便可加工出线材。
例二，除碳粉改用石墨粉外，其余原料与例一相同，在中频真空感炉中用石墨坩埚熔炼。首先熔化铝和钛，当熔体温度达1100-1200℃时，通过炉壳内的加料器加入铝箔包好的石墨粉与氟硼酸钾的混合物。石墨粉也需予先在500-700℃加热1小时。添加混合物时，为了防止熔体飞溅，炉内应充少量的氩气。混合物添加完后熔体利用电磁搅拌20分钟，然后静置10分钟，再降温至950-1000℃进行浇注。按此工艺便可获得合格的铸锭。
权利要求
1.一种用来细化铝及铝合金晶粒的细化剂，是含有钛、碳的铝合金。其特征是加入硼，使合金中同时存在Al3Ti、TiB2、TiC三种能起晶种作用的弥散质点。
2.按权利要求1所述的合金，其特征是其成分(按重量)中含有2-10%Ti，0.1-0.9%C，0.1-0.9%B，余量为Al和杂质。
3.按权利要求1和2所述的合金，其特征是合金成分各组元按重含量的相互关系符合下述关系C%+B%≥1%;Ti%(C%+B%)≥4。
4.按权利要求1所述的晶粒细化剂，其特征是颗粒状或丝状。
5.权利要求1所述晶粒细化剂的制造方法，它包括，将铝先熔化，加入钛，在钛完全熔解到铝中后加入经予热的碳，充分搅拌后再静置片刻，浇注成铸锭或粒状。其特征是在加入碳的同时加入含硼的化合物，或在加入碳以后再加入含硼化合物。
6.按权利要求5所述方法其特征是(1)铝液温度达1000-1100℃时加入钛，温度达1100-1200℃时加入碳和氟硼酸钾的混合物，降温至900-1000℃时浇注。(2)碳以粒度小于80目(196微米)的石墨粉或炭黑加入，加入前需在500-700℃予热1小时以上。
7.按权利要求5、6所述方法，其特征是熔炼过程在大气中进行，需用冰晶石或其它碱金属和碱土金属的卤盐作熔剂，并在加入碳粉前彻底清渣。
8.按权利要求5、6所述方法，其特征是熔炼过程在真空中进行。
全文摘要
本发明是用作铝及铝合金晶粒细化剂的铝-钛-碳-硼四元合金及其制造方法。该合金中同时含有Al
文档编号C22C1/02GK1046945SQ9010509
公开日1990年11月14日 申请日期1990年4月18日 优先权日1990年4月18日
发明者韩行霖, 吴庆义, 许仲刚, 姜文辉 申请人:沈阳工业大学, 沈阳有色金属加工厂