温度，采集数据后得到不同位置处的冷速速度变化由1°C/S到35°C/s，分析不同冷速条件下试样细化效果的变化程度，可得到细化剂细化效果随冷速速度变化的敏感性程度。
[0120]实验采用功率为5kW的石墨坩祸电阻炉熔炼ZL108合金，待合金完全熔化后，将温度降至740 0C，保温1min，扒渣。待熔体温度降至725 V时，加入0.3wt %的Al-4Nb_B-0.5La_
0.5Er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 V的锥形模具中，冷却后，分别得到试样3和试样4。
[0121]图4示出了添加实施例2制得的Al-4Nb-B-0.5La_0.5Er细化剂及市售的Al_5Ti_B细化剂细化程度随不同冷却速度变化的规律图，细化程度随冷却速度变化呈线性关系，其斜率代表了细化剂细化效果的冷速敏感性，可见Al-4Nb-B-0.5La-0.5Er细化剂细化效果比传统的Α1-5??-Β细化剂具有更低的冷速敏感性。
[0122]实施例3
[0123]Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce 晶粒细化剂
[0124]配制细化剂的目标成分:
[0125]细化剂的目标成分为Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce ；
[0126]用量:制备7Kg的Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce细化剂需要2.1Kg的Al_10Nb、0.042Kg的纯度为99.5%的硼(8)粉、0.0351^的纯度为99.0的％的金属钇(￥)、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。
[0127]锭模步骤；
[0128]将石墨锭模放入电阻炉中升温至400°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。
[0129]打结坩祸步骤；
[0130]在打结i甘祸步骤中i甘祸选用氧化镁i甘祸；
[0131]然后将氧化镁坩祸打结安装在感应电炉内，并在650°C条件下预烧结坩祸3h后，得到预处理后坩祸待用。
[0132]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。
[0133]在装料步骤中；
[0134]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钇和金属铈。
[0135]炉料不得超过感应线圈的高度。
[0136]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。
[0137]熔化与精炼复合步骤；
[0138]对于炉料的熔炼采用熔炼工艺曲线进行，第一阶段功率为1K W，加热时间为40min;然后功率升至15KW(第二阶段功率)，加热时间为lOmin;然后功率升至35KW(第三阶段功率)，加热时间为5min;然后在功率为1KW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。
[0139]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。
[0140]在浇注步骤中；
[0141 ]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-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ceo
[0142]铸件性能分析
[0143]将实施例3制备的Al-3Nb-0.6B-0.5Y_0.5Ce晶粒细化剂应用于ZL102铝合金712型车轮制造，并与正常生产的轮毂性能比较，车轮轮辐(具有较低的冷却速度)的拉伸强度由228MPa提高到273MPa，车轮内轮缘(具有较高的冷却速度)的拉伸强度由271MPa提高到289MPa，分别提高了 19.7 %及6.6 % ;车轮轮辐(具有较低的冷却速度)及内轮缘(具有较高的冷却速度)的延伸率分别提高了 20 %及8.5 %，性能数据图见图5、图6、图7、图8所示，可见添加本发明的细化剂后，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。
【主权项】
1.一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%，0.01<ζ < Iwt%，余S；为Al。 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。 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:Feg0.2wt% ；Cu < 0.1wt% ；Mn < 0.1wt% ；Zn < 0.1wt% ；Ga < 0.05wt% ；S < 0.05wt%。2.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: 配制细化剂的目标成分: 在本发明中，细化剂的目标成分为Al-xNb-yB-zRE;用量:0.01<x《6wt%，0.01<y<3wt%，0.01<ζ < Iwt%，余量为Al。 Al元素是以Al块的形式配料； Nb元素以Al -Nb中间合金块的形式配料； B元素以B粉末或者Al-B中间合金块的形式配料； RE稀土元素以RE块或者Al-RE中间合金块的形式配料。 块体的尺寸(长与宽)为IcmX Icm?5cmX5cm。 锭模步骤； 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。 打结坩祸步骤； 在打结坩祸步骤中坩祸选用氧化镁坩祸； 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。 在装料步骤中； 为了加速炉料的熔化，Al块放在氧化镁坩祸壁的附近，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。 炉料不得超过感应线圈的高度。 熔化与精炼复合步骤； 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?10KW，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。 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％的他(:1和50^%的KCl组成。 在浇注步骤中； 以功率10?15KW给电，使洁净的熔液从坩祸中饶注到锭模中，得到目标成分的Al-XNb-yB-zREo3.根据权利要求2所述的采用感应熔炼工艺制备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，其特征在于:制得的Al-5Nb-B-0.5La_0.5Ce细化剂对ZLlOI铝合金进行晶粒细化处理，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。4.根据权利要求2所述的采用感应熔炼工艺制备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，其特征在于:制得的Al-4Nb-B-0.5 La-0.5Er细化剂比Al_5Ti_B细化剂具有更高的冷速敏感性。5.根据权利要求2所述的采用感应熔炼工艺制备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，其特征在于:制备的Al-3Nb-0.6B-0.5Y-0.5Ce晶粒细化剂应用于ZL102铝合金712型车轮制造，并与正常生产的轮毂性能比较，车轮轮辐的拉伸强度由228MPa提高到273MPa，车轮内轮缘的拉伸强度由27 IMPa提高到289MPa，分别提高了 19.7 %及6.6% ;车轮轮辐及内轮缘的延伸率分别提高了20%及8.5%。
【专利摘要】本发明公开了一种铸造铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbBRE晶粒细化剂及其采用感应熔炼制备该细化剂的方法，其成分为Al-xNb-yB-zRE，其中，0.01＜x≤6wt％，0.01＜y≤3wt％，0.01＜z≤1wt％，余量为Al；其中RE为La、Ce、Nd、Er、Gd、Y、Yb、Sc中的一种或者两者以上的混合。本方法制备工艺简单，且能精确地控制细化剂的成分。利用该细化剂对铸造铝硅合金进行晶粒细化，细化效果优异，且对形状复杂、薄厚不同的铸件各部位，即冷却速度不同的各部位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，显著降低了具有不同冷却速度各部位之间性能的差异。
【IPC分类】C22C1/06, C22C21/00, C22C1/03
【公开号】CN105648250
【申请号】
【发明人】张花蕊, 张虎
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月31日