CN102560200B - 一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属金属材料领域，涉及一种用于细化铝以及铝合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。本发明铝-钛-铁-碳-硼中间合金，包含铝、钛、铁、碳、硼五种元素，各组分的质量百分比分别为：铝85.00％-95.00％，钛1.00％-10.00％，铁0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％。铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法是：首先将纯铝置于中频炉中熔化并升温至850-1300℃，加入一定质量百分比的纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。该制备工艺简单，环境友好，成本低，适合工业化生产；所制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有优良的晶粒细化效果。
Description
技术领域
本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化铝以及铝合金晶粒的铝-钛-铁-碳-硼中间合金及其制备方法。
背景技术
随着铝及其合金应用日益广泛，人们对其组织与性能改善的要求也越来越高。对铝合金组织进行细化处理可以显著改进其力学性能。目前，工业生产中主要是通过添加生核剂的方法细化晶粒。常用的生核剂有铝-钛-硼、铝-钛-碳中间合金等。其中，铝-钛-硼中间合金在铝加工业中一直占据主导地位，但是由于该中间合金中的TiB2粒子会在熔体中聚集，会引起某些产品的质量问题；同时，在含Zr、Cr、Mn等元素的铝合金中，会出现“中毒”现象，使得合金失去细化效果。随后，人们发现铝-钛-碳中间合金中TiC粒子不存在明显的聚集倾向，从而可以克服铝-钛-硼中间合金的缺点。但是，铝-钛-碳中间合金中的形核粒子TiC在铝熔体中是不稳定的，容易与铝反应生成Al4C3，从而导致细化效果表现出明显的衰退，这制约了其在工业生产中的应用。
文献200810139856.1的中国专利报道一种铝-钛-碳-硼-氮中间合金及其制备方法，该中间合金中的TiC粒子由于掺杂了硼原子而结构稳定性得到提高。该专利提出采用铝-硼和铝-碳中间合金等作为生产原料，不仅成本高，而且其中夹杂物含量高，从而影响了最终产品的洁净度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够有效细化铝及其合金的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，并提供一种工艺简单、环境友好、成本低、适合工业化生产的制备方法。
本发明是通过以下方式实现的：
一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金，含有铝、钛、碳、硼元素，其特征是它还含有铁元素，各组分的质量百分比分别为：铝85.00％-95.00％，钛1.00％-10.00％，铁0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％；该中间合金中弥散分布着微米和亚微米级的TiB2以及TiC粒子，粒子数量多，硼和碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的，这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性，它们可以分别掺杂到TiC以及TiB2空位中，形成TiCyBx和TiB2-xCy粒子，促进这些粒子的结构稳定性和形核活性。另外，铁在铝熔体中改善TiC粒子的生长环境，使其形貌和晶体取向发生改变，从而促进其异质形核作用。
上述铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：1.00％-10.00％纯钛、0.20％-10.00％铁-硼-碳中间合金、0.01％～1.00％石墨，余为纯铝；所用铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15.00％-40.00％，碳的质量百分含量为2.50％-10.00％。
(2)将称好的纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300℃，分别加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。
用该方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中各组分的质量百分比分别为：铝85.00％-95.00％，钛1.00％-10.00％，铁0.10％-6.50％，碳0.01％-1.00％，硼0.01％-1.00％。
利用本发明方法制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金中，基体上弥散分布着大量的TiC、TiCyBx、TiB2以及TiB2-xCy粒子，其尺寸在0.1-2.0μm之间，并形成一种有机组合体。这主要是因为硼以及部分碳是以铁-硼-碳中间合金的形式加入的，这种以铁合金为载体加入的硼和碳具有较高的活性，可以分别掺杂到已形成TiC以及TiB2粒子晶体空位中，并且掺杂较为充分，形成了TiCyBx和TiB2-xCy粒子，这些粒子的活性较高，是一种优良的异质形核衬底。另外，铝熔体中的铁会改善TiC粒子的生长环境，改善了TiC粒子的形貌和晶体取向。细化实验表明，该铝-钛-铁-碳-硼中间合金对铝及铝合金具有良好的晶粒细化效果。本发明以纯铝、纯钛、石墨和铁-硼-碳中间合金为原料在铝熔体中反应得到铝-钛-铁-碳-硼中间合金，这种制备方法具有工艺简便、原料成本低、生产效率高和环境友好等优点，适合大规模生产。
具体实施方式
下面给出本发明的四个最佳实施例。
实施例1
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：96.50％的纯铝、3.00％的纯钛、0.35％的铁-硼-碳中间合金、0.15％的石墨。其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为30.00％，碳的质量百分含量为5.00％。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1000℃左右，加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌10分钟后浇注成锭或制成线材。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为：钛2.95-3.05％，铁0.25-0.35％，碳0.13-0.17％，硼0.09-0.11％，余量为铝。
实施例2
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：93.25％的纯铝、5.00％的纯钛、1.50％的铁-硼-碳中间合金、0.25％的石墨。其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为20.00％，碳的质量百分含量为6.00％。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1150℃，加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，在此温度下保温并搅拌20分钟后浇注成锭或制成线材。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为：钛4.95-5.05％，铁1.05-1.25％，碳0.28-0.32％，硼0.28-0.32％，余量为铝。
实施例3
(1)首先按以下质量百分比准备好所需原料：90.10％的纯铝、7.50％的纯钛、2.40％的铁-硼-碳中间合金；其中铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为25.00％，碳的质量百分含量为10.00％。
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至1250℃，加入纯钛和铁-硼-碳中间合金，在此温度下保温并搅拌15分钟后浇注成锭。
按照上述配比和工艺制备的铝-钛-铁-碳-硼中间合金，其化学成分的质量百分比为：钛7.40-7.60％，铁1.55-1.65％，碳0.22-0.26％，硼0.58-0.62％，余量为铝。
Claims (1)
1.一种铝-钛-铁-碳-硼中间合金的制备方法，铝-钛-铁-碳-硼中间合金包含铝、钛、碳、硼、铁元素，各组分的质量百分比分别为：铝85.00%-95.00%，钛1.00%-10.00%，铁0.10%-6.50%，碳0.01%-1.00%，硼0.01%-1.00%；其特征是制备方法包括以下步骤：
(1)按以下质量百分比准备好所需原料：1.00%-10.00%纯钛、0.20%-10.00%铁-硼-碳中间合金、0.01%-1.00%石墨，余为纯铝；其中，铁-硼-碳中间合金中硼的质量百分含量为15.00%-40.00%，碳的质量百分含量为2.50%-10.00%；
(2)将纯铝置于感应炉中熔化并升温至850-1300℃，分别加入纯钛、铁-硼-碳中间合金和石墨，保温并搅拌5-30分钟后浇注成锭或制成线材。
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