專利名稱：具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法，屬金屬熱處理加工金相控制技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
眾所周知，金屬細小等軸的晶粒結(jié)構(gòu)可以提高材料的力學性能和工藝性能。常見的晶粒細化途徑主要有三種(1)在液態(tài)鑄錠的凝固過程中進行強烈的攪動，打碎在凝固過程中易于形成的初生固相的樹枝晶網(wǎng)格骨架，保留分散、均勻的顆粒狀組織，得到非樹枝晶鑄錠。美國專利3902544提出了一種采用機械攪拌制備非樹枝晶鑄錠的方法。另一美國專利3995678提出了采用電磁攪拌來制備非樹枝晶鑄錠的方法。
(2)采用深冷大變形加工的方法，即對普通組織的鑄錠施加作用力，使其產(chǎn)生形變，并在隨后的熱處理過程中使初生相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉念w粒狀，從而得到晶粒尺寸細小的等軸晶組織。例如美國專利4.415.374提出了應變誘導熔化激活法制備晶粒細小的鑄錠。上述方法的缺點是，機械攪拌設備龐大，且在鑄錠凝固過程中攪拌器與鑄錠液始終有接觸，易造成鑄錠液污染；電磁攪拌雖然克服了機械攪拌的不足，但電能消耗較大，設備也較復雜。上述方法二的不足是生產(chǎn)成本昂貴，且僅適合生產(chǎn)小尺寸的坯料。
(3)在熔化的的鑄錠母液中投入細化劑，凝固后獲得均勻細小的晶粒組織。對于純鋁，在熔鑄過程中添加晶粒細化劑以細化鑄造組織，這是最經(jīng)濟和最有效的手段。當前較常用的純鋁晶粒細化劑主要有以下幾種①Al-Ti-B中間合金細化劑，這是工業(yè)上常用的細化劑，即制備一種Al-Ti-B中間合金，作為晶粒細化劑制備晶粒組織均勻細小的鑄錠。但由于中間合金的熔制不僅增加了工序，而且消耗較大，因而增大了生產(chǎn)成本。另外中間合金中的主要異質(zhì)形核核心TiAl3尺寸有時過大，且分布不均，影響細化效果。
②Al-Ti-C系復合合金細化劑，常用的晶粒細化劑是Al-Ti-C和Al-Ti-C-RE兩種。由于鋁熔體不潤濕碳，Al-Ti-C合金化困難，且工藝比較難控制，工期長，能耗大。
③鈦鋁基合金細化劑，這種合金的制備方法也存在有不足之處，其制備工藝復雜，生產(chǎn)成本較高，且能耗也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種新型的復合鹽晶粒細化劑。
本發(fā)明一種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法，其特征是采用復合鹽KBF4和K2TiF6作為晶粒細化劑；該制備方法的具體工藝步驟如下將純鋁經(jīng)過常規(guī)的熔化，于700～850℃溫度范圍內(nèi)，向母液中按0.4～1.5wt％的比例加入KBF4和K2TiF6復合鹽粉末細化劑，然后攪拌，使均勻混合，再經(jīng)常規(guī)的除氣、去渣，保溫30～60分鐘后進行澆鑄；金屬模需事先預熱至200℃；然后隨模冷卻到室溫，得到細小均勻晶粒組織的純鋁鑄坯；KBF4和K2TiF6復合鹽粉末的混合比例為KBF4O～50wt％，K2TiF6100～50wt％。
KBF4和K2TiF6復合鹽類的加入量，最佳為純鋁母液重量的1.5wt％；KBF4和K2TiF6復合鹽的最佳混合比例為KBF410wt％、K2TiF690wt％。
用復合鹽細化劑來細化純鋁晶粒的原理是復合鹽與純鋁母液發(fā)生原位反應，生成有效的異質(zhì)晶核分布于熔體中，這些大量的質(zhì)點在鋁液冷卻凝固的過程中促進鋁液形成晶核，有利于細晶的產(chǎn)生和分布。
本發(fā)明方法的優(yōu)點是晶粒細化劑用量少，細化效果好，響應時間短，抗失效壽命長。另外，對鋁熔池溫度不敏感，易于操作，工藝簡單；而且可節(jié)約能源，便于形成規(guī)模化生產(chǎn)。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。
實施例一將純鋁經(jīng)過常規(guī)的熔化，在750℃溫度下，向母液中按1.5wt％的比例加入KBF4和K2TiF6復合鹽粉末細化劑；KBF4和K2TiF6復合鹽的混合比例為KBF410wt％、K2TiF690wt％；然后攪拌，使均勻混和，再經(jīng)常規(guī)的除氣、去渣，保溫30分鐘后進行澆鑄；金屬模需預熱至200℃；然后隨模冷卻到室溫，得到細小均勻晶粒組織的純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鋁鑄錠的中部，距鑄錠中心1/4直徑處或是鑄錠邊緣，均為細小均勻的晶粒組織，各處分布都一致；另外，使這種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁鑄錠，其機械性能比原始純鋁鑄錠有很大提高。
實施例二本實施例的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。不同的是在母液中加入KBF4和K2TiF6復合鹽的量為母液重量的0.4wt％。采用相同的復合鹽混合比例，即KBF415wt％、K2TiF685wt％；保溫時間為30分鐘。最終也可得到細小均勻晶粒組織的純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鋁鑄錠的中部，距鑄錠中心1/4直徑處或是鑄錠邊緣，均為細小均勻的晶粒組織，各處分布都一致；另外，其機械性能比原始純鋁鑄錠有較大提高。
實施例三本實施例的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。在母液中加入KBF4和K2TiF6復合鹽的量為母液重量的1.5wt％；保溫時間為30分鐘。不同的是復合鹽的混合比例為KBF430wt％、K2TiF670wt％。最后得到純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鑄錠組織細小均勻，但與實施例1中的鋁鑄錠相比，其晶粒尺寸稍大些；另外，該鋁鑄錠的機械性能也稍差。
實施例四本實施例的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。在母液中按1.5wt％的比例加入KBF4和K2TiF6復合鹽粉末細化劑，保溫時間為30分鐘。不同的是KBF4和K2TiF6復合鹽的混合比例為KBF450wt％、K2TiF650wt％，最后得到純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鑄錠組織細小均勻，但與實施例1中的鋁鑄錠相比，其晶粒尺寸稍大些；另外，該鋁鑄錠的機械性能也稍差。
實施例五本實施例的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。在母液中按1.5wt％的比例加入KBF4和K2TiF6復合鹽粉末細化劑，保溫時間也為30分鐘。不同的是KBF4和K2TiF6復合鹽的混合比例為KBF40wt％、K2TiF6100wt％，最后得到純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鑄錠組織細小均勻，但與實施例1中的鋁鑄錠相比，其晶粒尺寸稍大些；另外，該鋁鑄錠的機械性能也稍差。
實施例六將純鋁經(jīng)過常規(guī)的熔化，在750℃溫度下，向母液中按1.5wt％的比例加入K2TiF6鹽粉末細化劑；然后攪拌，使均勻混和，再經(jīng)常規(guī)的除氣、去渣，保溫30分鐘后進行澆鑄；金屬模需預熱至200℃；然后隨模冷卻到室溫，得到細小均勻晶粒組織的純鋁鑄坯。經(jīng)儀器檢測，鋁鑄錠的中部，距鑄錠中心1/4直徑處或是鑄錠邊緣，發(fā)現(xiàn)有細小均勻的晶粒組織，各處分布都一致；另外，使具有這種均勻細小等軸晶組織的純鋁鑄錠，其機械性能比原始純鋁鑄錠有很大提高。
經(jīng)試驗，表面本發(fā)明方法所用的復合鹽細化劑細化失效時間為12小時，即抗失效壽命較長，這是其特點。
權(quán)利要求
1.一種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法，其特征是采用復合鹽KBF4和K2TiF6作為晶粒細化劑；該制備方法的具體工藝步驟如下將純鋁經(jīng)過常規(guī)的熔化，于700～850℃溫度范圍內(nèi)，向母液中按0.4～1.5wt％的比例加入KBF4和K2TiF6復合鹽粉末細化劑，然后攪拌，使均勻混和，再經(jīng)常規(guī)的除氣、去渣，保溫30～60分鐘后進行澆鑄；金屬模預熱至200℃；然后隨模冷卻到室溫，得到細小均勻晶粒組織的純鋁鑄坯；KBF4和K2TiF6復合鹽粉末的混合比例為KBF40～50wt％，K2TiF6100～50wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有均勻細小等軸晶的純鋁的制備方法，其特征是所述的KBF4和K2TiF6復合鹽類的加入量，最佳為純鋁母液重量的1.5wt％；KBF4和K2TiF6復合鹽的最佳混合比例為KBF410wt％、K2TiF690wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有均勻細小等軸晶組織的純鋁的制備方法，屬金屬熱處理加工金相控制技術(shù)領域。本發(fā)明方法的特征是采用復合鹽KBF
文檔編號B22D27/00GK1619006SQ200410067790
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者張恒華, 唐軒, 邵光杰, 許珞萍 申請人:上海大學