CN100436615C - 铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法涉及的是一种用作镁铝合金细化处理和提高力学性能的晶粒细化剂，属于金属材料的设计与制造领域。其特征在于，其化学成分按质量百分比Wt%计为：Ti：0.50-6.00，C：1.00-10.00，Y：0.10-3.00，其余为Al，铸态组织特征是α-Al、Al₃Y、TiC和Al₄C₃四相复合组织，其化合物颗粒Al₃Y、TiC和Al₄C₃均匀分布于α-Al基体上。这种铝、钛、碳、钇中间合金很适合作为镁铝合金的晶粒细化剂，且制备工艺简单，生产成本低廉，可进行规模化工业生产，具有非常广阔的市场应用前景。

Description

铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法

一、技术领域

本发明铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法涉及的是一种用作镁铝合金细化处理和提高力学性能的晶粒细化剂，属于金属材料的设计与制造领域。

二、背景技术

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼、吸震、降噪性能优越等优点。因此，越来越多的镁合金产品应用于汽车、通讯电子和航空航天等领域。但是，镁合金是密排六方晶体结构，合金的承载能力较差，结晶温度范围宽，易产生缩松、热裂等铸造缺陷，因此，通过晶粒细化技术改善其力学性能和铸造性能显得尤为重要。

目前，已得到发展和研究的镁合金铸态晶粒细化技术主要有熔体过热法、熔剂处理法、合金元素添加法和熔体搅拌法。用Al-Ti-C中间合金作为晶粒细化剂的主要制备方法有：(1)C加入Al-Ti二元合金液中在强烈搅拌条件下进行反应；(2)C加入到Al-Ti二元合金液中在真空条件下进行反应；(3)C粉与K₂TiF₆同时加入Al液反应。这些工艺方法需要搅拌、真空、气体控制等装置，反应时间长，难于精确控制成分含量，因此在实际生产中应用成本高、难度大。同时Al-Ti-C细化剂生产中由于铝熔体不润湿C，使C元素的加入与合金化困难，以致长期以来未能实现Al-Ti-C中间合金的工业化生产。

三、发明内容

本发明铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法的目的在于解决上述存在的问题避免和克服其不足，利用稀土钇改善C在Al-Ti-C中润湿性和活化、细晶的作用，同时增强C元素向铝熔体扩散渗透，提高其合金化能力，并将其应用到镁铝合金中通过TiC、Al₄C₃作为α-Mg的非自发形核核心，从而起到细化镁铝合金的作用。

本发明一种铝、钛、碳、钇中间合金其特征在于化学成分按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50-6.00，C 1.00-10.00，Y 0.10-3.00，其余为Al，铸态组织特征是α-Al、Al₃Y、TiC和Al₄C₃四相复合组织，其化合物颗粒Al₃Y、TiC和Al₄C₃均匀分布于α-Al基体上。

制备上述的一种铝、钛、碳、钇中间合金的方法，其特征在于具体工艺步骤为：

I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50-6.00，C1.00-10.00，Y0.10-3.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，然后放入到加热至400～500℃的石墨坩埚中，再将温度调至750～780℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至820～850℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温20～30分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.0～1.5％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温30～40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型或铸挤成丝。

本发明晶粒细化剂铝、钛、碳、钇中间合金及其制造方法的优点及用途在于：在熔炼铝、钛、碳、钇中间合金过程中，加入预先制备好的含有一定量稀土元素钇的预制块，经过均匀化处理保温，精炼扒渣后浇入锭模或铸型，使之在铸态凝固过程中形成了α-Al、Al₃Y、TiC和Al₄C₃四相复合组织，并使化合物颗粒均匀分布于α-Al基体上。同时，利用稀土元素钇作为表面活性物质，使其石墨颗粒表面吸附偏聚，有效促进铝液和石墨之间的润湿性，形成足够数量的TiC、Al₄C₃颗粒并有效地防止TiC颗粒相互之间的聚集成团的作用；铝、钛、碳、钇中间合金中的Al₄C₃、TiC化合物相与α-Mg的晶格失配度较小，因而成为镁合金凝固时的α-Mg的非均质晶核，这对镁合金的晶粒细化起着重大的作用，同时还会使镁铝合金中沿晶界分布的粗大Mg₁₇Al₁₂相呈颗粒状分布。这种铝、钛、碳、钇中间合金很适合作为镁铝合金的晶粒细化剂，且制备工艺简单，生产成本低廉可进行规模化工业生产，具有非常广阔的市场应用前景。

四、具体实施方式

实施方式1：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50，C1.00，Y 0.10的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％：Al5.0，Mn0.4，Zn 0.2，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AM50镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AM50镁合金细化前后的相关性能(T6态)

实施方式2：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 6.00，C10.00，Y3.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％：Al5.0，Mn0.4，Zn 0.2，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AM50镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AM50镁合金细化前后的相关性能(T6态)

实施方式3：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 3.00，C5.00，Y 2.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％：Al5.0，Mn0.4，Zn 0.2，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AM50镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AM50镁合金细化前后的相关性能(T6态)

实施方式4：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50，C1.00，Y 0.10的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％::Al8.5，Zn 0.7，Mn0.3，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AZ91镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AZ91镁合金细化前后的相关性能(T6态)

实施方式5：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 6.00，C10.00，Y3.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％::Al8.5，Zn 0.7，Mn0.3，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AZ91镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AZ91镁合金细化前后的相关性能(T6态)

实施方式6：

首先I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 3.00，C5.00，Y 2.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，，然后放入到加热至450℃的石墨坩埚中，再将温度调至760℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至830℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温25分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.3％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型；然后将制好的铝、钛、碳、钇中间合金加入到按质量百分比Wt％::Al8.5，Zn 0.7，Mn0.3，Be 0.0015，其余为Mg，制得的AZ91镁合金中即可。其性能检验结果见下表：

AZ91镁合金细化前后的相关性能(T6态)

Claims (2)

1.一种铝、钛、碳、钇中间合金，其特征在于化学成分按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50-6.00，C 1.00-10.00，Y 0.10-3.00，其余为Al，铸态组织特征是α-Al、Al₃Y、TiC和Al₄C₃四相复合组织，其化合物颗粒Al₃Y、TiC和Al₄C₃均匀分布于α-Al基体上。

2.制备权利要求1所述的一种铝、钛、碳、钇中间合金的方法，其特征在于具体工艺步骤为：

I.将石墨粉、钛粉和钇粉按质量百分比Wt％计为：Ti 0.50-6.00，C1.00-10.00，Y 0.10-3.00的配比要求，称好原料混合均匀压制成预制块备用；

II.将纯铝锭预热，然后放入到加热至400～500℃的石墨坩埚中，再将温度调至750～780℃；

III.待装入的纯铝锭全部熔化时，升温至820～850℃，而后分批加入备用的预制块并采用冰晶石覆盖剂覆盖，保温20～30分钟后扒渣，然后加入精炼剂C₂Cl₆进行精炼，精炼剂用量为合金总重量的1.0～1.5％，精炼同时进行均匀搅拌，再静置保温30～40分钟得到洁净的铝、钛、碳、钇中间合金金属液，然后将其浇入已预热的普通金属铸型中凝固结晶成型或铸挤成丝。