专利名称：一种用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金及其制造方法
技术领域：
本发明属有色金属及其合金生产技术领域，具体涉及一种用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金及其制造方法。
背景技术：
Al-Si合金由于其良好的力学性能和优良的铸造性能在工业中广泛应用。由于硅相质脆且呈粗大片状存在，严重割裂合金基体，并在硅相尖端和棱角部位引起应力集中，从而降低合金的力学性能，尤其是塑性和切削加工性能，其疲劳寿命严重降低。因此，当Al-Si合金中Si量超过6％后，必须进行变质处理。变质处理使共晶Si由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。对Al-Si合金晶粒细化，获得细小均匀的等轴晶，可提高材料的强度，尤其是屈服强度；减小针孔的尺寸和数量，并使其分布更为弥散。因此，含6.0-8.0％Si，0.30-0.50％Mg，0.01-0.20％Ti，稀土≤0.60％，B≤0.1％，Sr≤0.1％的发明合金，由于含有Ti、B、稀土、Sr细化和变质元素，晶粒细小，变质充分，具有较好的性能，可满足轮毂使用要求。
细晶铝锭是在电解铝生产设施和生产工艺不变的条件下，通过在电解质中添加一定比例的氧化钛，利用铝-钛共析原理生产的Ti的质量分数为0.01-0.20％的晶粒细化的铝锭。在用电解法生产细晶铝锭的过程中，Ti以原子的形式存在于阴极铝液中，由于Ti含量低，而且铝液受电解电流产生的磁场和阳极气体沸腾的作用处在不停的运动搅拌之中，Ti元素分布均匀。因此，细晶铝锭中TiAl3细小、均匀，对铝合金的晶粒细化能力较强。本发明合金由细晶铝锭熔炼，具有较细的晶粒，低廉的加Ti成本，优异的力学性能。
申请号为01107885.5的专利申请“一种汽车轮毂用铝合金新材料及其制备方法”中，该铝合金材料包括铝、硅、铈、镁、锶、钛、硼，各组分的质量百分比为硅10-12％，铈0.03-0.08％，镁0.2-0.5％，锶0.02-0.04％，钛0.1-0.2％，硼0.1-0.2％，其余为铝。该合金的不足之处在于钛元素通过中间合金加入，使得添加成本提高。
李双寿等.“中间合金对A356.2合金的细化效果”(《特种铸造及有色合金》2000，(1)23-25.)中介绍，在A356.2合金中添加Sr，或Al-5Ti-1B，或Al-5Ti-1B-10RE，或Al-10RE，或Al-5Ti-1B-10RE+Al-10RE进行变质和细化，与本发明合金相比，虽合金元素种类相同，但Ti不是由细晶铝锭加入，而且A356.2合金的硅、镁、钛含量与本发明合金不同。
发明内容
本发明的目的是针对现有轮毂用铝合金晶粒细化及变质处理存在的问题，提供一种采用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，同时提供一种该合金的制造方法，以降低生产成本，细化铸态组织，提高产物的力学性能。
本发明技术方案如下。
一种用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金及其制造方法，其特征在于在细晶铝锭中添加Si、Mg、稀土、B、Sr元素组成，其各元素的质量分数为Si 6.0-8.0％Mg 0.30-0.50％Ti 0.01-0.20％稀土 ≤0.6％B≤0.1％Sr ≤0.1％杂质 ≤1.1％余量为铝。
其中优选Ti的质量分数为0.09-0.15％。
Ti的质量分数为0.01-0.09％时，B的质量分数为0.03-0.09％。
Ti的质量分数为0.01-0.20％或0.09-0.15％，Sr的质量分数为0.02-0.06％时，稀土的质量分数为0-0.4％。
Ti的质量分数为0.01-0.09％，B的质量分数为0.01-0.09％，Sr的质量分数为0.02-0.06％时，稀土的质量分数为0-0.4％。
Ti的质量分数为0.01-0.20％或0.09-0.15％，Sr的质量分数为0％时，稀土的质量分数为0.05-0.6％。
Ti的质量分数为0.01-0.09％，B的质量分数为0.01-0.09％，Sr的质量分数为0％时，稀土的质量分数为0.05-0.6％。
制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，包括以下步骤a.向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体Ti的质量分数为0.01-0.20％，b.按权利要求1给定的质量分数分别添加Si、Mg、B、稀土和Sr，c.温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，d.对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节，e.680-730℃浇铸，即得产物，上述b-d步骤没有严格的先后顺序。
制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的另一种方法，包括以下步骤a.向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体Ti的质量分数为0.01-0.20％，b.按权利要求1给定的质量分数分别添加Si、Mg、B和稀土，c.温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，d.对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节，e.680-730℃浇铸，得铝合金锭，
f.铝合金锭重熔，按权利要求1给定的质量分数向铝合金熔体添加Sr，即得产物，上述b-d步骤没有严格的先后顺序。
上述制备方法中细晶铝锭熔体为直接出电解槽的熔体或细晶铝锭熔化形成的熔体。
Si在熔炼炉中预热到200-800℃，再加入细晶铝锭熔体。
上述方法中d步骤对产物含Ti量进行调节是指，对熔体成分进行分析，如果Ti含量低于产物Ti含量目标值0.01％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.01％，则添加纯铝进行稀释。
与现有技术相比，本发明的优点在于1、细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，由于其细晶铝锭加钛方式，晶粒细小，生产成本低廉。
2、发明合金含0.01-0.20％Ti，稀土≤0.60％，B≤0.1％，Sr≤0.1％，晶粒细小，变质充分，具有优异的性能，可满足轮毂使用要求。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
本发明所用原料细晶铝锭，见申请号为200510017497.9的专利申请“细晶铝锭及其制备方法”中提供的制备方案。
实施例1选取Ti的质量分数为0.15％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.10％，Sr的质量分数为0.03％，。
按目标产物中Si的质量分数6.8％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到500℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.10％；采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹15min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的铝合金用精炼剂；
添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.35％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.09％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.11％，添加纯铝进行稀释；第二次喷吹精炼剂10min；静置20min，浇铸，浇注温度为715℃，得铝合金锭。
铝合金重熔，按给定的质量分数添加Sr，浇铸成目标产物。
经检测，产物化学成分为6.7％Si，0.37％Mg，0.109％Fe，0.10％Ti，0.03％Sr，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为302MPa，屈服强度σ0.2为241MPa，延伸率δ为6.5％。
实施例2选取Ti的质量分数为0.18％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.15％，Sr的质量分数为0.02％，富铈混合稀土的质量分数为0.3％。
按目标产物中Si的质量分数6.0％的比例，将纯Si放置于熔炼炉中，预热到600℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.15％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.45％；添加富铈混合稀土，使稀土元素的质量分数为0.3％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.14％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.16％，添加纯铝进行稀释；喷吹精炼剂20min，喷吹气体为氮气；静置20min，浇铸，浇注温度为705℃，得铝合金锭。
铝合金锭重熔，按给定的质量分数添加Sr。
经检测，产物化学成分为6.2％Si，0.44％Mg，0.12％Fe，0.15％Ti，0.02％Sr，0.3％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为312MPa，屈服强度σ0.2为245MPa，延伸率δ为7.8％。
实施例3选取Ti的质量分数为0.20％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.18％，富铈混合稀土的质量分数为0.5％，。
按目标产物中Si的质量分数7.8％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到700℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.18％；加富铈混合稀土，使稀土元素的质量分数为0.48％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.30％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.17％，添加钛剂进行补充，如果高于0.19％，添加纯铝进行稀释；喷吹精炼剂10min，喷吹气体为氩气；静置20min，浇铸，浇注温度为715℃，得目标产物。
经检测，产物化学成分为7.6％Si，0.31％Mg，0.11％Fe，0.18％Ti，0.48％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为298MPa，屈服强度σ0.2为231MPa，延伸率δ为6.2％。
实施例4选取Ti的质量分数为0.03％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.01％，B的质量分数为0.03％，Sr的质量分数为0.025％，稀土元素镧的质量分数为0.25％。
细晶铝锭放入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使炉料熔化后Ti的质量分数为0.01％；加铝硅中间合金，使Si的质量分数为6.0％。
添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.45％；喷吹精炼剂约15min，喷吹气体为氩气；加铝镧中间合金，使稀土元素镧的质量分数为0.25％；加铝硼中间合金，使B的质量分数为0.03％。
对熔体成分进行分析，Ti的质量分数高于0.02％，添加纯铝进行稀释；静置20min，浇铸，浇铸温度为700℃，得铝合金锭。
铝合金锭重熔，按给定的质量分数添加Sr，得产物。
经检测，产物化学成分为6.2％Si，0.43％Mg，0.09％Fe，0.01％Ti，0.03％B，0.25％稀土，0.025％Sr，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为315MPa，屈服强度σ0.2为240MPa，延伸率δ为9.8％。
实施例5选取Ti的质量分数为0.05％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.02％，B的质量分数为0.06％，Sr的质量分数为0.05％，稀土元素铈的质量分数为0.05％。
按目标产物中Si的质量分数7.0％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到400℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.02％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.35％；添加氟硼酸钾，使B的质量分数为0.06％；喷吹精炼剂15min，喷吹气体为氮气；加铝铈中间合金，使稀土元素铈的质量分数为0.05％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.01％，添加钛剂进行补充，如果高于0.03％，添加纯铝进行稀释；静置20min，浇铸，浇铸温度为690℃，得铝合金。
铝合金重熔，按给定的质量分数添加Sr，得目标产物。
经检测，产物化学成分为6.9％Si，0.36％Mg，0.11％Fe，0.03％Ti，0.06％B，0.05％Sr，0.06％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为298MPa，屈服强度σ0.2为229MPa，延伸率δ为6.8％。
实施例6选取Ti的质量分数为0.10％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.06％，B的质量分数为0.09％，稀土元素钇的质量分数为0.4％。
按目标产物中Si的质量分数7.0％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到300℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.06％；添加铝硼中间合金，使B的质量分数为0.09％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.30％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.05％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.07％，添加纯铝进行稀释；添加铝钇中间合金，使稀土元素钇的质量分数为0.4％；喷吹精炼剂18min，喷吹气体为氩气；静置20min，浇铸，浇铸温度为725℃，得目标产物。
经检测，产物化学成分为7.0％Si，0.31％Mg，0.12％Fe，0.06％Ti，0.09％B，0.4％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为298MPa，屈服强度σ0.2为232MPa，延伸率δ为6.1％。
实施例7选取Ti的质量分数为0.12％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.08％，B的质量分数为0.01％，Sr的质量分数为0.04％，稀土元素镧的质量分数为0.10％。
按目标产物中Si的质量分数7.8％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到600℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.08％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.46％；添加铝硼中间合金，使B的质量分数为0.01％；喷吹精炼剂17min，喷吹气体为氮气；添加铝镧中间合金，使稀土元素镧的质量分数为0.10％；
对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.07％，添加氟钛酸钾进行补充，如果高于0.09％，添加纯铝进行稀释；静置20min，浇铸，浇铸温度为728℃，得铝合金。
铝合金重熔，按给定的质量分数添加Sr，得目标产物。
经检测，产物化学成分为7.8％Si，0.46％Mg，0.14％Fe，0.08％Ti，0.01％B，0.04％Sr，0.10％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为299MPa，屈服强度σ0.2为238MPa，延伸率δ为7.2％。
实施例8选取Ti的质量分数为0.15％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.12％，富铈混合稀土的质量分数为0.12％。
按目标产物中Si的质量分数7.3％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到300℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.12％；加铝富铈混合稀土中间合金，使稀土元素的质量分数为0.12％；添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.40％；对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.11％，添加钛剂进行补充，如果高于0.13％，添加纯铝进行稀释；喷吹精炼剂10min，喷吹气体为氩气；静置20min，浇铸，浇注温度为714℃，得目标产物。
经检测，产物化学成分为7.3％Si，0.40％Mg，0.15％Fe，0.12％Ti，0.12％稀土，余量为Al；产物经T6热处理后力学性能为抗拉强度σb为288MPa，屈服强度σ0.2为221MPa，延伸率δ为5.8％。
权利要求
1.一种用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，其特征在于在细晶铝锭中添加Si、Mg、稀土、B、Sr元素组成，其各元素的质量分数为Si 6.0-8.0％Mg 0.30-0.50％Ti 0.01-0.20％稀土≤0.6％B ≤0.1％Sr ≤0.1％杂质≤1.1％余量为铝。
2.按照权利要求1所述的用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，其特征在于Ti的质量分数为0.09-0.15％。
3.按照权利要求1所述的用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，其特征在于Ti的质量分数为0.01-0.09％，B的质量分数为0.01-0.09％。
4.按照上述任一权利要求所述的用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，其特征在于Sr的质量分数为0.02-0.06％，稀土的质量分数为0-0.4％。
5.按照权利要求1-3所述的用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，其特征在于Sr的质量分数为0％，稀土的质量分数为0.05-0.6％。
6.制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，其特征在于包括以下步骤a.向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体Ti的质量分数为0.01-0.20％，b.按权利要求1给定的质量分数分别添加Si、Mg、B、稀土和Sr，c.温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，d.对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节，e.680-730℃浇铸，即得产物，上述b-d步骤没有严格的先后顺序。
7.制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，其特征在于包括以下步骤a.向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体Ti的质量分数为0.01-0.20％，b.按权利要求1给定的质量分数分别添加Si、Mg、B和稀土，c.温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，d.对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节，e.680-730℃浇铸，得铝合金锭，f.铝合金锭重熔，按权利要求1给定的质量分数向铝合金熔体添加Sr，即得产物，上述b-d步骤没有严格的先后顺序。
8.按照权利要求6或7所述的制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，其特征在于细晶铝锭熔体为直接出电解槽的熔体或细晶铝锭经熔化形成的熔体。
9.按照权利要求6或7所述的制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，其特征在于Si在熔炼炉中预热到200-800℃，再加入细晶铝锭熔体。
10.按照权利要求6或7所述的制备用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金的方法，其特征在于d步骤对产物Ti含量进行调节是指，对熔体成分进行分析，如果Ti含量低于产物Ti含量目标值0.01％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.01％，则添加纯铝进行稀释。
全文摘要
本发明提供了一种用细晶铝锭制造的轮毂用铝合金，化学成分为6.0－8.0％Si，0.30－0.50％Mg，0.01－0.20％Ti，≤0.60％稀土，≤0.1％B，Sr≤0.1％。同时提供了一种制备该合金的方法，即在细晶铝锭熔体中加入Si、Mg、Ti、稀土、B、Sr元素，熔炼成轮毂用铝合金。利用该方法制造的轮毂用铝合金，晶粒细小，性能优异，生产成本低廉，可满足轮毂使用要求。
文档编号C22C21/02GK1693508SQ20051001758
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月17日 优先权日2005年5月17日
发明者左秀荣, 仲志国, 宋天福, 王明星, 翁永刚, 刘忠侠, 杨昇 申请人:郑州大学