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_2

文档序号:9882552阅读:来源:国知局
料;
[0056]RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。
[0057]块体的尺寸(长与宽)为IcmX Icm?5cmX 5cm。
[0058]锭模步骤;
[0059]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。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于细化剂熔体的洁净化。
[0060]打结i甘祸步骤;
[0061 ]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0062]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。
[0063]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0064]在装料步骤中;
[0065]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。
[0066]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0067]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的细化剂成分均匀。
[0068]熔化与精炼复合步骤;
[0069]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线(如图1所示)进行,第一阶段功率为5?10Kff,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?1min,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10?30min后,扒渣,得到洁净的熔液以备浇注。
[0070]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。
[0071]在浇注步骤中;
[0072]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-zREo
[0073]本发明提出了一种熔炼工艺过程简单,易操作控制,能精确地控制Al-xNb-yB-zRE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。将本发明制得的Al-xNb-yB-zRE晶粒细化剂应用于铸造AlSi合金进行晶粒细化处理,细化效果优异,且有助于共晶Si的变质效果;对形状复杂、薄厚不同的铸件各部位(冷却速度不同)细化效果的冷速敏感性较低,细化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1? ο
[0074]实施例1
[0075]制备Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce 晶粒细化剂
[0076]配制细化剂的目标成分:
[0077]细化剂的目标成分为Al-5Nb_B-0.5La_0.5Ce ;
[0078]用量:制备7Kg的 Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce 细化剂需要 3.5Kg 的 Al_10Nb、0.07Kg 的纯度为99.5%的硼(8)粉、0.0351^的纯度为99.0#%的金属镧(1^)、0.0351^的纯度为99.0wt%的金属铈(Ce)、以及余量的尺寸为5 X 5cm的Al块。
[0079]锭模步骤;
[0080]将石墨锭模放入电阻炉中升温至200°C时,保温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。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于细化剂熔体的洁净化。
[0081 ]打结坩祸步骤;
[0082]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0083]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内,并在800°C条件下预烧结坩祸2h后,得到预处理后坩祸待用。
[0084]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0085]在装料步骤中;
[0086]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-1ONb中间合金块、再放入用铝箔包裹好的B粉末,最后在上部放入金属镧和金属铈。
[0087]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0088]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的细化剂成分均匀。
[0089]熔化与精炼复合步骤;
[0090]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行,第一阶段功率为5KW,加热时间为30min;然后功率升至20KW(第二阶段功率),加热时间为lOmin;然后功率升至30KW(第三阶段功率),加热时间为1min;然后在功率为20KW的条件下精炼15min;断电,静置1min后,扒渣,得到洁净的熔液以备浇注。
[0091]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。
[0092]在浇注步骤中;
[0093]以功率1KW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-5Nb-B-0.5La-0.5Ce0
[0094]细化效果比较:
[0095]对ZLlOl铝合金进行晶粒细化处理的条件:采用功率为5kW的石墨坩祸电阻炉熔炼ZLlOl合金,待合金完全熔化后,将温度降至740°C,保温lOmin,扒渣。待熔体温度降至725°C时,加入 0.3wt % 的 Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce 细化剂或者 0.3wt % 的 Al_5Ti_B,静置 15min,撇渣,最后将熔体浇注入预热200°C的高纯石墨模具中,冷却后,分别得到试样I和试样2。
[0096]采用金相和电子探针扫描电子显微镜测试试样I和试样2,得到的显微形貌照片如图2和图3所示。在相同的实验条件下,试样I的平均晶粒大小细化至188微米,二次枝晶间距细化至约30微米;试样2的平均晶粒大小细化至380微米,二次枝晶间距细化至约58微米,可见本发明制备的Al-5Nb-B-0.5La-0.5Ce细化剂比传统的Al_5Ti_B细化剂具有更优异的细化效果。
[0097]由图2及图3可知,采用实施例1制得的Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce细化剂对共晶Si具有优异的变质效果。
[0098]实施例2
[0099]制备Al-4Nb-B-0.5La_0.5Er 晶粒细化剂
[0100]配制细化剂的目标成分:
[0101]细化剂的目标成分为Al-4Nb-B-0.5La-0.5Er;
[0102]用量:制备1Kg的Al-4Nb-B-0.5La-0.5Er细化剂需要4Kg的Al-10Nb、2Kg的纯度为99.5%的厶1-58中间合金块、0.051^的纯度为99.0#%的金属镧(1^)、0.051^的纯度为99.0wt%的金属铒(Er)、以及余量的尺寸为5 X 5cm的Al块。A1-5B中间合金块的尺寸为3 X3cm ο
[0103]锭模步骤;
[0104]将石墨锭模放入电阻炉中升温至300°C时,保温2h,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。安装有氧化镁陶瓷过滤器的浇口杯有利于细化剂熔体的洁净化。
[0105]打结坩祸步骤;
[0106]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸;
[0107]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内,并在700°C条件下预烧结坩祸2h后,得到预处理后坩祸待用。
[0108]在本发明中,对预处理后的氧化镁坩祸需要检查其有无裂纹,以免造成熔炼时漏料,以便于感应系统顺利对坩祸内金属原料进行感应熔炼。
[0109]在装料步骤中;
[0110]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-1ONb中间合金块、再放入A1-5B中间合金块,最后在上部放入金属镧和金属铒。
[0111]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0112]应用本发明的装料方式能够避免熔化过程中炉料的架桥,使制得的细化剂成分均匀。
[0113]熔化与精炼复合步骤;
[0114]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行,第一阶段功率为8KW,加热时间为25min;然后功率升至20KW(第二阶段功率),加热时间为5min;然后功率升至30KW(第三阶段功率),加热时间为5min;然后在功率为20KW的条件下精炼30min;断电,静置1min后,扒渣,得到洁净的熔液以备浇注。
[0115]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。
[0116]在浇注步骤中;
[0117]以功率1KW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-4Nb-B-0.5La-0.5Er0
[0118]细化剂细化效果的冷速敏感性分析:
[0119]为了分析细化剂细化效果的冷速敏感性,采用高纯石墨锥形模具,锥形模具不同位置处直径不同,浇注所得合金试样壁厚不同,冷速速度亦不同,在模具不同位置处,分别插入热电偶测量
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