铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE细化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸造铝合金用的细化剂，更特别地说，是指一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒细化剂。
【背景技术】
[0002]铝硅合金由于良好的力学性能和优良的铸造性能在工业中得到广泛应用。对合金进行晶粒细化，可获得致密的合金组织，同时也能减轻铸件的热裂和偏析倾向，降低气孔率，从而可以提高合金的综合性能。最常用且有效的细化方法即向合金中添加晶粒细化剂。目前人们一般采用Al-T1、A1-T1-C或者Al-T1-B中间合金作为铝合金的晶粒细化剂，其中Al-T1-B细化剂已得到较广泛的应用，近来，由于稀土元素(RE)具有优异的物理化学性能，人们也开始将RE作为合金的细化或者变质剂，研究其对铝合金性能的影响。
[0003]但是上述已有的细化剂对冷却速度敏感，在不同的冷速速度下具有不同的细化效果，这使得其在应用于铸造具有不同壁厚、形状复杂的零部件时，在薄壁(具有相对较高的冷却速度)及厚壁(具有相对较低的冷却速度)处细化效果有差异，不利于合金部件综合性會K白勺?是1? O
[0004]随着工业的发展，目前铸造的零部件尺寸越来越来大，外形越来越复杂，因此为了提高铸造铝合金的综合性能，迫切需要开发具有低冷速敏感性高形核能力的晶粒细化剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是开发一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力的晶粒细化剂;另一目的是提出了一种采用感应熔炼工艺制备低冷速敏感高形核能力的晶粒细化剂的方法；以解决目前常用细化剂在工业实际应用中细化效果对冷却速度敏感性大的瓶颈问题。
[0006]本发明开了的一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE细化剂，其特征在于:该 AlNbBRE 细化剂成分为 Al-xNb-yB-zRE，其中,0.01<x<6wt% ,0.01<y < 3wt%，
0.0Kz < Iwt%，余量为Al。
[0007]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒细化剂中RE为La、Ce、Nd、Er,Gd,Y、Yb、Sc中的一种或者两种以上的混合。
[0008]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒细化剂中包含的杂质化学元素有:Fe < 0.2wt% ；Cu < 0.1wt% ；Mn < 0.1wt% ；Zn < 0.1wt% ;Ga < 0.05wt% ;S < 0.05wt%。
[0009]本发明是采用感应熔炼工艺制备如权利要求1所述的一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE细化剂的方法，该方法包括有打结坩祸、装料、熔化、精炼和浇注步骤;其特征在于:
[0010]配制细化剂的目标成分:
[0011]在本发明中，细化剂的目标成分为Al-xNb-yB-zRE;用量:0.01<x^6wt%，(h01<y < 3wt% ,0.0Kz < Iwt%，余量为Al。
[0012]Al元素是以Al块的形式配料；
[0013]Nb元素以Al-Nb中间合金块的形式配料；
[0014]B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配料；
[0015]RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。
[0016]块体的尺寸(长与宽)为IcmX Icm?5cmX 5cm。
[0017]锭模步骤；
[0018]将石墨锭模放入电阻炉中升温至200?500°C时，保温2?4h，然后将充分预热的锭模装入感应电炉内，并在锭模上安装浇口杯，浇口杯上加装氧化镁陶瓷过滤器，以待浇注。
[0019]打结坩祸步骤；
[0020]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸；
[0021]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内，并在600?800°C条件下预烧结坩祸2?4h后，得到预处理后坩祸待用。
[0022]在装料步骤中；
[0023]为了加速炉料的恪化，Al块放在氧化镁i甘祸壁的附近，在Al块上放入Al-Nb中间合金块、再放入用铝箔包裹好的B粉末或者Al-B中间合金块，最后在上部放入RE块或者Al-RE中间合金块。
[0024]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0025]熔化与精炼复合步骤；
[0026]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为5?1KW，加热时间为20?40min，第一阶段的功率升速率为0.125?0.5;第二阶段功率为10?20KW，加热时间为5?lOmin，第二阶段的功率升速率为I?4;第三阶段功率为20?35KW，加热时间为5?lOmin，第三阶段的功率升速率为2?7;然后在功率为10?20KW的条件下精炼10?30min;断电，静置1?30min后，扒渣，得到洁净的熔液以备浇注。
[0027]在第一阶段后加入覆盖剂，以防止铝液氧化。所述覆盖剂为50#%的如(:1和5(^七％的1((:1组成。
[0028]在浇注步骤中；
[0029]以功率10?15KW给电，使洁净的熔液从坩祸中浇注到锭模中，得到目标成分的Al-xNb-yB-zRE。
[0030]本发明的优点:
[0031]①本发明制备的晶粒细化剂具有较高的形核能力，采用其对铸造铝合金进行细化处理，细化效果比传统常用的细化剂更优异。
[0032]②本发明制备的晶粒细化剂的细化效果对冷却速度敏感性低，采用其应用于铸造具有不同壁厚、形状复杂的零部件时，在薄壁(具有相对较高的冷却速度)及厚壁(具有相对较低的冷却速度)处细化效果变化程度小。
[0033]③采用本发明制备的晶粒细化剂对铸造铝合金进行细化处理后，合金的机械性能得到显著提高，尤其是铸件具有较低冷速部位(厚壁部位)的性能提高程度大，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异，有利于合金部件综合性能的提高。
[0034]④采用本发明的方法制备的Al-Nb-B-RE晶粒细化剂，能精确地控制细化剂的成分，所得细化剂中杂质化学成分低，有利于后续的使用效果。
[0035 ]⑤采用本发明的方法制备Al -Nb-B-RE晶粒细化剂，所用B、RE等原材料可以采用多种不同的形式，熔炼工艺过程简单，易操作控制。
[0036]⑥采用本发明制备的低冷速敏感高形核能力晶粒细化剂亦能提高铸造铝合金中共晶硅的变质效果。
【附图说明】
[0037]图1是本发明的熔炼工艺曲线图。
[0038]图2是采用实施例1制得的Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce晶粒细化剂对ZLlOl铝合金进行细化后的显微照片。
[0039]图3是采用市售的Al-5T1-B晶粒细化剂对ZLlOl铝合金进行细化后的显微照片。
[0040]图4是试样3与试样4的细化效果随冷却速度的变化曲线。
[0041 ]图5是采用市售的Al-5Ti_B细化剂正常生产车轮轮辐抗拉强度图。
[0042]图6是采用实施例3制得的Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce细化剂所得车轮轮辐抗拉强度图。
[0043]图7是采用市售的Al-5Ti_B细化剂正常生产车轮内轮缘的抗拉强度图。
[0044]图8是采用实施例3制得的Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce细化剂制得车轮内轮缘的抗拉强度图。
【具体实施方式】
[0045]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0046]一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力晶粒细化剂，其成分为Al-xNb-yB-zRE，其中，0.01<χ< 6wt% ,0.01 <y < 3wt% ,0.01 <z < Iwt %，余量为 Al。
[0047]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒细化剂中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两种以上的混合。
[0048]所述的低冷速敏感高形核能力Al-Nb-B-RE晶粒细化剂中包含的杂质化学元素有:Fe < 0.2wt% ；Cu < 0.1wt% ；Mn < 0.1wt% ；Zn < 0.1wt% ;Ga < 0.05wt% ;S < 0.05wt%。
[0049]—般地，感应电炉熔炼包括有:打结坩祸、装料、熔化、精炼和浇注步骤。西北工业大学出版社，1985年7月第一版，《铸钢和铸造高温合金及其熔炼》，傅恒志主编，第228-232页。
[°05°]本发明的目的之一是开发一种具有高形核能力的Al-xNb-yB-zRE细化剂；该Al-xNb-yB-zRE细化剂能够使铸造铝合金的晶粒达到细化，且细化效果具有低冷速敏感性；目的之二是提出了一种采用感应电炉熔炼工艺来制备Al-Nb-B-RE晶粒细化剂的方法，该方法是在打结坩祸、装料、熔化、精炼和浇注步骤下进行的;其区别步骤在于:
[0051 ]配制细化剂的目标成分:
[0052 ] 在本发明中，细化剂的目标成分为Al-xNb-yB-zRE;用量:0.01<x^6wt%，(h01<y < 3wt% ,0.0Kz < Iwt%，余量为Al。
[0053]Al元素是以Al块的形式配料；
[0054]Nb元素以Al-Nb中间合金块的形式配料；
[0055]B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配