Al-Ti-B-Y中间合金制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Al-Ti-B-Y中间合金制备方法及采用该中间合金处理亚共晶 铝-硅合金力学性能的工艺方法，属于金属材料及金属熔炼技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝硅合金具有较好的铸造性能、流动性，易于生产出形状复杂的工件，市场应用前 景关阔。含硅量低于12. 6wt.%的亚共晶铝-硅合金，其显微组织是由粗大的α-Α1树枝晶 和共晶硅组成，其中共晶硅呈粗大针状，严重割裂基体，使其力学等性能下降而不能满足实 际应用需求。因此，采取有效手段来改善合金的晶粒形貌和分布是必要的。另外，进行不变 质处理，改变晶粒形貌也有助于力学性能的改善。
[0003] 改变铝合金中晶粒大小以及形貌的有效方法是进行变质细化处理，通过改变合金 的晶相组织、形貌及分布能提高合金的力学性能。文献报道，目前工业上最常用的铝及铝合 金晶粒细化剂是Al-Ti-B中间合金，全世界约有75%的铝加工材和铸造铝产品在铸造过程 中需要添加 Α1-5??-1Β合金晶粒细化剂。但由于合金中第二相粒子（TiAl3 *TiB2等） 的密度大于铝，在静置过程中会产生聚集沉淀，使细化效果衰退以至失效，同时Cr、Zr、Mn 等杂质元素还会与Ti反应导致中毒现象。文献[任峻，马颖.稀土在Al-Ti-B-Re细化剂 中的作用及细化机理研宄.稀有金属与硬质合金，2010(38) :14-17]及[蒋建军.新型 Al-Ti-B-稀土（Re)晶粒细化剂.轻合金加工技术，2004 (32): 18-21]中报道，向Al -Ti -B中添加稀土元素 Ce、La可以提高细化剂的细化能力，稀土元素不仅可以改善Al -Ti -B 中的TiB2、TiAl3粒子的形态和分布，还能细化TiB2、TiAl 3粒子的尺寸，从而增加了晶核 数。改善后的TiB2粒子分布均匀，基本上无 TiB2的聚集团块，可保证其在熔体中较长时间 的处于悬浮状态，而不易沉淀，充分发挥了变质形核作用，从而更加增强了四元中间合金的 细化效果。
[0004] 文献[汪长勤，赵玉涛，张松利，陈刚.稀土钇对A356合金显微组织和拉伸性能 的影响.机械工程材料，2010 (34): 13-16]中报道钇对铝-硅合金有良好的变质作用。文 献[郭有军，沈利.Al-Ti-B对A356铝合金组织和性能的影响.世界有色金属，2008 (10): 72-73]中报道，Al-Ti-B中间合金可以改善铝-硅合金显微组织，提高性能。但由于两者未 制成低熔点合金，使加入过程较复杂，细化效果不稳定。
【发明内容】
[0005] 为了解决以上问题，本发明提供了一种适合亚共晶铝-硅合金晶粒细化用的 Al-Ti-B-Y中间合金，该中间合金对比Al-Ti-B中间合金对亚共晶铝-硅合金有更好的晶粒 细化和变质作用，可提高亚共晶铝-硅合金的力学性能。
[0006] 本发明是通过以下措施实现的： 本发明的Al-Ti-B-Y中间合金由以下成分组成：钛3~8wt. %，硼1~5 Wt. %，钇0. 5~4 wt. %，其余为错。
[0007] 上述中间合金中，最优成分为：钛3~5wt. %，硼l~3wt. %，钇l~3wt. %，其余为铝。
[0008] 本发明Al-Ti-B-Y中间合金是通过以下制备方法实现的，其步骤为： (1) 按配比取铝-钛合金、铝-硼合金和纯钇锭作为原料； (2) 将铝-钛合金、铝-硼合金放入石墨粘土坩埚中，用中频感应电炉加热熔化至 800-1000。。； (3) 待铝-钛合金、铝-硼合金全部熔化后，继续升温至1300-1500°C，加入块状纯钇锭， 用碳棒搅拌，静置1〇~30分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注金属型凝固成形。
[0009] 上述Al-Ti-B-Y中间合金用于细化亚共晶铝-硅合金的方法为，将Al-Ti-B-Y中 间合金以0. 5~4 wt%的量加入到710~780°C的待细化亚共晶铝-硅合金熔体中，搅拌均匀， 保温5~20分钟后，浇注铸件。
[0010] 本发明中间合金对亚共晶铝-硅合金中的初生a-Al相和共晶硅相具有明显 的细化作用，将该中间合金加入到硅含量为9wt. %的亚共晶铝-硅合金中，可将尺寸为 120~270 μ m的初生a -Al相细化至30~60 μ m，将尺寸为15~25 μ m的针状共晶硅细化至几 微米的颗粒状共晶硅，且分布较均匀。晶粒尺寸形貌和分布的改善也可提高合金的力学性 能。上述Al-Ti-B-Y中间合金可使娃含量为9wt. %的亚共晶错-娃合金的抗拉强度、屈服 强度、硬度和伸长率得到较大提高。本发明的中间合金制备方法简单，易操作，成本低，对亚 共晶铝-硅合金细化效果好，可使合金获得较好的综合力学性能。
【具体实施方式】
[0011] 实施例1 本发明实施例Al-Ti-B-Y中间合金组成重量配比（wt. %)为：钛3wt. %，硼3wt. %， ?乙0. 5wt. % ;待处理亚共晶错-娃合金组成重量配比（wt. %)为：娃9wt. %，其余为错。 Al-Ti-B-Y中间合金加入量为3wt. %。
[0012] 采用以下步骤制得： (1) 按配比取铝-钛合金、铝-硼合金和纯钇锭作为原料； (2) 将铝-钛合金、铝-硼合金放入石墨粘土坩埚中，用中频感应电炉加热熔化至 800-1000。。； (3) 待铝-钛合金、铝-硼合金全部熔化后，继续升温至1300-1500°C，加入块状纯 钇锭，用碳棒搅拌，静置10~30分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形，既得 Al-Ti-B-Y中间合金。
[0013] (4)将此Al-Ti-B-Y中间合金以3wt. %的加入量加入到760°C的Al-9Si合金中， 搅拌均匀，保温20分钟，在730°C左右浇注成形。
[0014] 所得合金的性能见表1。
[0015] 实施例2 本发明实施例Al-Ti-B-Y中间合金组成重量配比（wt.%)为：钛3wt.%，硼3wt.%，钇 Iwt. % ;待处理亚共晶错-娃合金组成重量配比（wt. %)为：娃9wt. %，其余为错。Al-Ti-B-Y 中间合金加入量为3wt. %。
[0016] 采用以下步骤制得： (1)按配比取铝-钛合金、铝-硼合金和纯钇锭作为原料； (2) 将铝-钛合金、铝-硼合金放入石墨粘土坩埚中，用中频感应电炉加热熔化至 800-1000。。； (3) 待铝-钛合金、铝-硼合金全部熔化后，继续升温至1300-1500°C，加入块状纯 钇锭，用碳棒搅拌，静置10~30分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形，既得 Al-Ti-B-Y中间合金。
[0017] (4)将此Al-Ti-B-Y中间合金以3wt. %的加入量加入到760°C的Al-9Si合金中， 搅拌均匀，保温20分钟，在730°C左右浇注成形。
[0018] 所得合金的性能见表1。
[0019] 实施例3 本发明实施例Al-Ti-B-Y中间合金组成重量配比（wt.%)为：钛3wt.%，硼3wt.%，钇 3wt. % ;待处理亚共晶错-娃合金组成重量配比（wt. %)为：娃9wt. %，其余为错。Al-Ti-B-Y 中间合金加入量为2wt. %。
[0020] 采用以下步骤制得： (1) 按配比取铝-钛合金、铝-硼合金和纯钇锭作为原料； (2) 将铝-钛合金、铝-硼合金放入石墨粘土坩埚中，用中频感应电炉加热熔化至 800-1000。。； (3) 待铝-钛合金、铝-硼合金全部熔化后，继续升温至1300-1500°C，加入块状纯 钇锭，用碳棒搅拌，静置10~30分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形，既得 Al-Ti-B-Y中间合金。
[0021] (4)将此Al-Ti-B-Y中间合金以3wt. %的加入量加入到760°C的Al-9Si合金中， 搅拌均匀，保温20分钟，在730°C左右浇注成形。
[0022] 所得合金的性能见表1。
[0023] 选取与实施合金组元相同的Al_9Si合金作为对比例，其成分组成为：9wt. %硅，其 余为铝和不可避免的杂质。对比例1和实施例的各性能对比结果如表1所示。结果表明， 本发明的中间合金可使亚共晶铝-硅合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率得到较大 提高，分别最大提高 29. 6%、28· 3%、27· 1%、72· 3%。
[0024] 选取与实施例合金组元相同的Al_9Si合金作为对比例，其成分组成为：9wt. %娃， 其余为铝和不可避免的杂质，且向其中加入Al-Ti-B中间合金作为对比例2, Al-Ti-B中间 合金成分为：钛3wt. %，硼3wt. %，Al-Ti-B中间合金加入量为3wt. %。对比例2和实施例的 各性能对比结果如表1所示。结果表明，当Al-Ti-B中间合金与Al-Ti-B-Y中间合金加入 量相同时(对比例2与实施例2比较)，A1-Ti-B中间合金对亚共晶铝-硅合金力学性能的提 高效果比Al-Ti-B-Y中间合金差。所以采用Al-Ti-B-Y中间合金处理亚共晶铝-硅合金， 可使合金获得较好的综合力学性能。
[0025] 表1本发明实施例和对比例材料的性能对比
【主权项】
1. 一种Al-Ti-B-Y中间合金，其特征是，由以下成分组成：钛3~8wt. %，硼]~5wt. %，?乙 0. 5~4wt.%，其余为铝。2. 根据权利要求1所述的Al-Ti-B-Y中间合金，其特征是，最优成分为：钛3~5wt. %， 硼]~3wt. %，I乙]~3wt. %，其余为错。3. -种权利要求1所述中间合金的制备方法，其特征是采用以下步骤： (1) 按配比取铝-钛合金、铝-硼合金和纯钇锭作为原料； (2) 将铝-钛合金、铝-硼合金放入石墨粘土坩埚中，用中频感应电炉加热熔化至 800-1000。。； (3) 待铝-钛合金、铝-硼合金全部熔化后，继续升温至1300-1500°C，加入块状纯钇锭， 用碳棒搅拌，静置1〇~30分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形。4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：步骤（3)中，合金液在1300-1500°C时， 加入块状纯钇锭，静置10~30分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形。5. 熔化温度根据钇加入量提高，可适当提高。6. 根据权利要求1、2所述的Al-Ti-B-Y中间合金的应用，其特征是，将Al-Ti-B-Y中 间合金以0. 5wt. %~4wt. %的加入量加入到710~780°C的待细化亚共晶铝-硅合金中，保温 5~20分钟并使之均勾分布。7. 根据权利要求5所述的Al-Ti-B-Y中间合金在亚共晶铝-硅合金中的应用，其特征 是，细化亚共晶铝-硅合金中的a -Al相和共晶硅相；并使亚共晶铝-硅合金力学性能提 尚。
【专利摘要】本发明涉及一种Al-Ti-B-Y中间合金制备方法及其应用。Al-Ti-B-Y中间合金由以下成分组成：钛（Ti）3~8wt.%，硼（B）1~5wt.%，钇（Y）0.5~4wt.%，其余为铝（Al）。其制备方法为：用中频感应电炉熔化Al-Ti、Al-B中间合金及纯钇锭，至1300-1500℃全部熔化，搅拌均匀，浇入铸模即得。本发明采用制备的Al-Ti-B-Y中间合金处理亚共晶铝-硅合金，使合金微观组织发生变化和明显细化，提高了合金材料的力学性能。该制备方法易于操作，生产成本较低，与纯单质稀土及Al-Ti-B中间合金相比，对铝-硅合金的细化及强化效果明显。
【IPC分类】C22C21/00, C22C1/03
【公开号】CN104946938
【申请号】CN201510395505
【发明人】耿浩然, 盛萌, 罗宏, 姬鹏飞, 陶珍东
【申请人】济南大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月8日