ALTIB中间合金细化纯铝工艺.pdf

本发明提供了Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺。本发明在铝熔体中添加Al-Ti-B中间合金细化剂的同时，结合高能超声振动处理，加快了TiAl3相的溶解扩散速度，增加TiB2粒子的弥散分布程度，从而提高了Al-Ti-B中间合金的细化效率。采用本发明细化工艺处理后的工业纯铝铸态晶粒均为细小等轴晶，平均尺寸在150μm以下，不但改善了铝材质量，且满足了铝制品后续轧制加工的要求。

1、  一种Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，该方法包括纯铝熔化、升温、保温、添加Al-5Ti-1B中间合金、浇注，其特征在于，在加入Al-5Ti-1B中间合金的铝熔体上部引入高能超声波。

2、  根据权利要求1所述的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，其特征在于，将熔化后的纯铝升温至700～800℃。

3、  根据权利要求1所述的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，其中所述保温时间为15分钟。

4、  根据权利要求1所述的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，其中所述Al-5Ti-1B中间合金的添加量为纯铝重量的0.1～0.5％。

5、  根据权利要求1所述的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，其中所述高能超声波的频率为20±1KHz，功率为1000～5000W。

6、  根据权利要求1或5所述的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺，其中所述高能超声波的处理时间为1～5分钟。

Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体地说，本发明涉及一种利用Al-Ti-B中间合金细化纯铝的工艺。
背景技术
晶粒细化是提高材料强度和塑性的重要手段之一，是改善铝材质量的重要途径，随着铝材的广泛利用，尤其是在高新技术领域的应用，对铝锭、坯在后续深加工工艺中的组织提出了严格要求，而控制其组织和性能的关键之处在于熔铸出最佳的铸态晶粒组织。晶粒尺寸和形态是铸态组织的重要特征，细小均匀的等轴晶是其最佳的铸态组织。要获得这种组织，必须通过不同的手段细化晶粒。细化金属及其合金铸态组织的手段包括向液态金属中添加晶粒细化剂或阻止生长剂、快速凝固、去除异质晶核获得深过冷或借助外来能量(如机械振动、电磁搅拌、超声波处理等)破碎枝晶的动力学细化方法等。经过近半个世纪的研究发现，在铝及其合金工业生产条件下，向铝熔体中添加Al-Ti-B中间合金细化剂是促进等轴晶形成、抑制柱状晶生长及减小枝晶间距，从而获得均匀致密的铸态组织最为简便和有效的处理方法。
目前，添加Al-Ti-B中间合金后的熔体一般不经任何处理，保温一段时间后，即行浇注。经对现有技术的文献检索发现，《铸造》杂志1999年第9期第12-14页发表的“AlTiB中间合金细化行为的温度特性”中提及的细化工艺就是采用Al-Ti-B中间合金进行的，Al-Ti-B中间合金细化纯铝的工艺一般包括向温度为700～800℃的铝熔体中添加0.1～1％的Al-Ti-B中间合金，保温1～10分钟并适当搅拌，然后进行浇注。采用这种细化工艺可以较好地发挥Al-Ti-B中间合金的细化效果，但当中间合金加入铝熔体后，在较短时间内原先呈团聚状的TiB₂化合物团很难分散开来，其成核能力未能得以充分发挥，而且在铝制品后续轧制加工时，高硬度的TiB₂聚集团易划伤轧辊，轧制铝箔时还会出现穿孔及各种线缺陷；同时，长条状的TiAl₃相难以完全溶解，使得溶质Ti在整个熔体中不能均匀分布。因此，采用这种细化工艺时，由于粗大TiAl₃相溶解扩散不完全，粘连TiB₂粒子聚集团分散不开，从而使得Al-Ti-B中间合金的细化效率很低，以此工艺细化后的工业纯铝铸态晶粒尺寸一般都大于150μm。
为了解决上述问题，本发明者通过研究提供了一种Al-Ti-B中间合金细化纯铝的新工艺，加快了TiAl₃相的溶解扩散速度，增加TiB₂粒子的弥散分布程度，从而提高了Al-Ti-B中间合金的细化效率。
本发明的目的在于提供一种Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺。
发明内容
本发明提供的Al-Ti-B中间合金细化纯铝工艺包括纯铝熔化、升温、保温、添加Al-5Ti-1B中间合金、浇注，其中，在加入Al-5Ti-1B中间合金的铝熔体上部引入高能超声波。
在一个优选实施方式中：将熔化后的纯铝升温至700～800℃，并保温15分钟。
在另一个优选实施方式中：所述Al-5Ti-1B中间合金的添加量为纯铝重量的0.1～0.5％。
在另一个优选实施方式中：所述高能超声波的频率为20±1KHz，功率为1000～5000W，处理时间为1～5分钟。
本发明在添加Al-Ti-B中间合金细化剂的铝熔体中施加高能超声处理，借助于高能超声波在熔体中传播时产生的声空化和声流效应，大大加快了TiAl₃相的溶解扩散速度，使其在很短的时间内即可在熔体中均匀分布；同时可以击散团聚状的TiB₂粒子团，使其在熔体中更加弥散分布，从而提高Al-Ti-B中间合金的成核效率。
本发明的有益效果为：相比于仅用同等量Al-5Ti-1B中间合金细化纯铝，采用本发明细化工艺处理后的工业纯铝铸态晶粒均为细小等轴晶，平均尺寸可降低30μm以上，不但改善了铝材质量，且能满足铝制品后续轧制加工的要求。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
称取工业纯铝熔化，升温至700℃并保温15分钟，将按工业纯铝重量的0.3％称取的Al-5Ti-1B中间合金加入700℃的工业纯铝熔体中，然后在铝熔体上部引入频率为20KHz，功率为3000W的高能超声波，持续超声振动处理3分钟。
实施例2
实施方式同实施例1，其中铝熔体温度为730℃，Al-5Ti-1B的添加量为0.2％，高能超声波的频率为21KHz，功率为2000W，持续处理时间为2分钟。
实施例3
实施方式同实施例1，其中铝熔体温度为760℃，Al-5Ti-1B的添加量为0.5％，高能超声波的频率为19KHz，功率为5000W，持续处理时间为5分钟。
实施例4
实施方式同实施例1，其中铝熔体温度为780℃，Al-5Ti-1B的添加量为0.1％，高能超声波的频率为20KHz，功率为1000W，持续处理时间为1分钟。
实施例5
实施方式同实施例1，其中铝熔体温度为800℃，Al-5Ti-1B的添加量为0.4％，高能超声波的频率为19KHz，功率为4000W，持续处理时间为4分钟。
比较例1
称取工业纯铝熔化，升温至760℃并保温15分钟，按工业纯铝重量的0.5％称取Al-5Ti-1B中间合金，将其加入工业纯铝熔体中。
比较例2
称取工业纯铝熔化，升温至800℃并保温15分钟，按工业纯铝重量的0.4％称取Al-5Ti-1B中间合金，将其加入工业纯铝熔体中。
试验例
分别将按实施例1-5及比较例1-2细化工艺所得的铝熔体浇入100℃的雷诺标准高尔夫T型模中，用截距法测量距试样底面51mm处的晶粒尺寸。试验结果见表1。
表1实施例1-5及比较例1-2细化工艺
所得工业纯铝晶粒尺寸(μm)