专利名称：：改善型铝铸造合金用晶粒细化铝钛硼母合金的生产方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于生产铝钛硼母合金片料(tablet)的方法，该母合金片料用于促进在铝铸造合金中形成均勻分布的较小等轴晶粒。在铝铸件、铸锭、板坯、带材中，粒度是一项重要的工业考虑因素，并且通常有利的是提供高度的晶粒细化。因而，近年来向熔融铝添加母合金以在固化后实现细小等轴晶粒(其原本易于粗化和柱状化)成为惯例。细小等轴晶粒结构赋予铸件以高韧性、高屈服强度、优异的成型性，良好的表面光洁度和改善的机加工性。另外，可靠的晶粒细化实践避免了因出现较大柱状晶粒而可能导致的热撕裂和多孔性，使得铸造速度能够显著提高，并且通过细化第二相的分布来改善铸造结构的均勻性。因而，晶粒细化合金在铸锭、板坯和带材的铸造中的应用已经成为一种铝铸造在世界范围内的标准实践。
背景技术：
：已经公知，向铝合金添加钛会通过经包晶反应形成的初生Al3Ti相使α-铝成核，而引起所得铸件晶粒细化。已经表明，添加硼会因亚包晶浓度下的钛而显著地改善铝的晶粒细化。A.Cibula,J.Inst.Met.，76(1949-1950)321-360。因此，Al-Ti-B母合金作为潜在的铝合金用晶粒细化剂而出现。如今存在多种该类型的商用晶粒细化剂。美国专利第3,857,705号、第4，298，408号、第4，612，073号和第4，873，OM号中公开了这些合金的实例。美国专利第6，228，185号、第5，415，708号、第5，484，493号、第3，961，995号、第3，785，807号、第5，104，616号，GB-A-2，257，985号、GB-A-2，259，308和GB-A-2，259，309和多篇文章中公开了用于生产Al-Ti-B晶粒细化剂合金的多种方法。D.G.McCartney，Int.Mater.Rev.,34(1989)247；B.S.Murty等，J.Mater.Process.Tecnol.，89-90(1999)152-158；B.S.Murty等，Int.Mater.Rev.，47(2002)3-29；Μ.S.Lee和B.S.Terry,MaterSciTechnol.，7(1991)608—612；Μ.J.Jackson和I.D.Graham,J.Mater.SciLett.，13(1994)754—756；Μ.S.Lee,B.S.Terry和P.Grieveson,Metall.Trans.B.，24B(1993)955-961；Q.Zhuxian等，Aluminium，64(1988)1254-1257；I.G.Davies等，MetallTrans.,1(1970)275-280；I.Maxwell和A.Hellawell,ActaMetall，23(1975)895-899;K.A.Q.0'Reilly等，Scr.Metall.Mater.，28(1993)173-177；Τ.S.Krishnan等，J.Alloy.Compd.，269(1998)138-140；Μ.G.Chu,Mater.Sci.Eng.，A179-180(1994)669-675；C.S.Sivaramakrishnan和R.Kumar，LightMetalAge,10(1987)30-34；C.D.Mayes和D.G.McCartney,Mater.Sci.Tech.,9(1993)97-103；Μ.Μ.Guzowski等，Metall.Trans.，18A(1987)603-619。本发明描述了一种合成Al-Ti-B合金的方法，该合金具有不溶性AW2和可溶性Al3Ti颗粒以使铝铸造合金的晶粒细化效率最大化。该方法依赖于铝和K2TiF6之间的固相反应来在已预先形成AW2颗粒的混合物中产生Al3Ti颗粒。当向熔融铝添加KBF4和K2TiF6盐时，将不可避免地优先形成更稳定的两种潜在的硼化物，TiB2。即使在顺次添加卤化物盐以首先形成AW2时，由于TW2比AW2更加稳定，技术人员会意识到一旦将K2TiF6添加到熔体中，根据3K2TiF6+3Al&+Al3Ti&+3KAlF4+K3AlF6，AlB2将立即转换为TiB2。本发明的方法不仅避免了AW2向TW2转变，而且提供了意外的微观结构特征。由K2TiF6和铝之间的固相反应产生的Al3Ti颗粒比用现有技术制得的Al-Ti/Al-Ti-B母合金中获得的那些颗粒更小，从而得到优异的晶粒细化性能。本发明提供了一种用于生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金的方法，该母合金含有10%的钛，0.2%3%的硼以及余量主要为铝，其中，所得合金含有直径小于20微米的Al3Ti颗粒和精细分散的AW2颗粒。本发明的方法还依赖于卤化物盐与铝的反应来生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金，该方法与现有技术不同，因为其是一种粉末冶金方法并且在固相中进行。本发明得到了确保快速晶粒细化响应的较小Al3Ti颗粒和A1B2(而不是TB2颗粒)。与用现有技术制得的那些合金相比，根据本发明生产的Al-Ti-B晶粒细化剂合金提供了连贯且较佳的总体晶粒细化性能。本发明要求保护一种生产Al-Ti-B母合金的可靠方法，该母合金可确保用于铝铸造合金的足够的晶粒细化性能，该方法包括以下步骤充分混合Al-B合金粉末和K2TiF6盐，从而获得经掺混的混合物；在流动的氩气下将由此获得的已混合的粉末混合物加热至略低于铝的熔点，即650°C，并在该温度下保持足够长，即1/2小时。利用所述合金的孕育已经生成了沿着于孕育后保持约15分钟的试样的整个截面的细小等轴晶粒结构。此外，枝状铸态组织将被改善成主要为等轴a-Al玫瑰花状物(rosette)的更均勻的结构。
发明内容技术问题商业上可获得的基于Al-Ti-B体系的母合金具有超过形成Ti2B化合物所需量的钛或硼。大部分商用晶粒细化剂属于前述类别。除了不溶性TiB2，具有比形成TW2所需更多Ti的Al-Ti-B合金的显微结构通常包含分散在铝基体中的可溶性Al3Ti颗粒。前者在Al3Ti颗粒容易地溶解在熔体中并提供溶质Ti时起到异相成核位点的作用，其在固化过程中于固相和液相之间的分配(portioning)使生长过程减缓。已知Ti过量的合金足以用于锻造铝合金。然而，其在铸造合金的情形中具有公知的缺陷，在铸态组织上具有不良效应并在铸造部件中具有较差的性质。S.A.Kori等，Mat.ki.Eng.A2830000)94。硅与Ti形成硅化物，由此严重削弱TW2颗粒的效力。高含量的硅是造成铸造合金对因Al-Ti-B母合金而晶粒细化的响应不佳的原因。G.K.Sigworth,Μ.M.Guzowski,AFS.Trans.93(1985)907J.A.Spittle,S.Sadli,Mater.Sci.Tech.11(1995)533；T.Sritharan,H.Li,J.Mater.ProcessTech.63(1997)585；P.S.Mohanty,J.E.Gruzleski,ActaMater.44(1996)3749；P.S.Mohanty,F.H.Samuel,G.E.Gruzleski=Metall.Trans.B.26(1995)103。另一方面，AlB2颗粒利用了可提高其成核潜力的高水平的Si。Al-硼化物的优异性能(在Si不存在时无效)归因于铸造合金中溶解的Si。G.K.Sigworth,Μ.Μ.Guzowski,AFS.Trans.93(1985)907。现有技术提供了具有Al3Ti和TB2颗粒的Al-Ti-B合金(如在Ti过量合金的情形中)，或仅具有(Al，Ti)&颗粒的Al-Ti-B合金(如在B过量合金的情形中)。极具有吸引力的是，生产具有Al3Ti和AW2而非TW2颗粒的Al-Ti-B合金来使铝铸造合金晶粒细化。尽管在市场上存在大量专门开发用于铸造合金的B过量三元Al-Ti-B合金和二元Al-B合金，但是这些合金主要含有(Al，Ti)B2或AW2而非Al3Ti颗粒，因而不会享有由溶质Ti提供的生长约束。技术方案本发明描述了一种合成Al-Ti-B合金的方法，该合金具有不溶性AW2和可溶性Al3Ti颗粒以使铝铸造合金的晶粒细化效率最大化。该方法依赖于铝和K2TiF6之间的固相反应来在已预先形成AW2颗粒的混合物中产生Al3Ti颗粒。当向熔融铝添加KBF4和K2TiF6盐时，将优先形成更稳定的两种潜在硼化物，TiB20即使在顺次添加卤化物盐以首先形成AlB2时，由于TW2比AW2更加稳定，技术人员会意识到一旦将K2TiF6添加到熔体中，根据3K2TiF6+3AlB2+Al3Ti&+3KAlF4+K3AlF6，A1&将立即转换为TiB2。本发明的方法不仅避免了AW2向TW2转变，而且提供了意外的微观结构特征。由K2TiF6和铝之间的固相反应产生的Al3Ti颗粒比用现有技术制得的Al-Ti/Al-Ti-B母合金中获得的那些颗粒更小，从而得到优异的晶粒细化性能。本发明提供了一种用于生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金的方法，该母合金含有10%的钛，0.2%3%的硼以及余量主要为铝，其中，所得合金含有直径小于20微米的Al3Ti颗粒和精细分散的AW2颗粒。本发明的方法还依赖于卤化物盐与铝的反应来生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金，该方法与现有技术不同，因为其是一种粉末冶金方法并且在固相中进行。本发明得到了确保快速晶粒细化响应的较小Al3Ti颗粒和A1B2(而不是TB2颗粒)。与用现有技术制得的那些合金相比，根据本发明生产的Al-Ti-B晶粒细化剂合金提供了连贯且较佳的总体晶粒细化性能。本发明要求保护一种生产Al-Ti-B母合金的可靠方法，该母合金可确保用于铝铸造合金的足够的晶粒细化性能，该方法包括以下步骤充分混合Al-B合金粉末和K2TiF6盐，从而获得经掺混的混合物；在流动的氩气下将由此获得的已混合的粉末混合物加热至略低于铝的熔点，即650°C，并在该温度下保持足够长，即1/2小时。利用所述合金的孕育已经生成了沿着于孕育后保持约15分钟的试样的整个截面的细小等轴晶粒结构。此外，枝状铸态组织将被改善成主要为等轴a-Al玫瑰花状物的更均勻的结构。有益效果1、本发明的方法还依赖于卤化物盐与铝的反应来生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金，该方法与现有技术不同，因为其是一种粉末冶金方法并且在固相中进行。本发明的方法不仅避免了AW2向TW2转变，而且提供了意外的微观结构特征。由K2TiFf^P铝之间的固相反应产生的Al3Ti颗粒比用现有技术制得的Al-Ti-B母合金中获得的那些颗粒更小。所得合金含有直径小于20微米的可溶性Al3Ti颗粒并由此确保了较快的晶粒细化响应。另外，利用本发明在Al-Ti-B晶粒细化母合金中生成的不溶性颗粒属于AW2类别，而不是TiB2。已知前者在具有较高硅水平的铝铸造合金中更为有效。与用现有技术制得的那些合金相比，根据本发明生产的Al-Ti-B晶粒细化剂合金提供了连贯且较佳的总体晶粒细化性能。图1示出了根据本发明生产的Α1-3ΤΒ合金片料；图2示出了根据本发明生产的所得Al-3Ti_;3B合金片料的光学显微照片；图3示出了在使用根据本发明生产的所得Al-3Ti_;3B合金片料孕育后的晶粒细化性能测试结果；图4示出了在使用根据本发明生产的所得Al-3Ti_;3B合金片料孕育后A1-7重量％Si铸造合金的显微结构。具体实施例方式充分混合AUB合金粉末和K2TiF6盐从而获得经掺混的混合物。通过KBF4盐与熔融铝在800°C反应来生产前者。将混合物中各组分的比例调节为在最终合金中获得3重量％的Ti和3重量％的B。使用工业纯的铝来补偿合成过程后作为K-Al氟化物残留在消耗的盐中的铝的分数。在管式炉中将从由此获得的已混合的粉末混合物中取出的样品在流动的氩气下加热至650°C，并在该温度保持1/2小时。X-射线衍射(XRD)和金相技术表明，该热处理过的样品包含分散在铝基体中的Al3Ti、AW2颗粒。为含有Al3Ti和AlB2颗粒(图2)而生产的Al_3Ti_3B团粒(pellet)(图1)是一种用于A1-7重量％Si合金的快速作用有效的晶粒细化剂。利用本合金的孕育已经生成了沿着于孕育后(图3)保持约15分钟的试样的整个截面的细小等轴晶粒结构。该合金的性能明显优于二元AlIB合金，证实了Al3Ti在亚共晶Al-Si铸造合金的晶粒细化上具有有利影响。此外，枝状铸态组织将被改善成主要为等轴a-Al玫瑰花状物的更均勻的结构(图4)。在何时何地于铸造前添加晶粒细化剂，都可以有效地使用本合金。发明实施方式工业实用性序列表文本权利要求1.一种生产Al-Ti-B晶粒细化剂母合金的方法，所述母合金具有分散在铝基体中的Al3Ti颗粒和AW2颗粒，所述方法包括a.充分混合Al-B合金粉末和K2TiF6盐，从而获得经掺混的混合物；b.在流动的氩气下将已混合的粉末混合物加热至600°C650°C，更特别地加热至6500C；c.使所述已混合的粉末混合物在所述温度下保持1/2小时；d.将热处理过的粉末混合物压制为团粒。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述Al-B合金的硼含量为1重量％10重量％。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述Al-B合金粉末通过以下步骤制得a.向熔融铝添加KBF4盐以促进盐反应，从而形成分散于铝基体中的AW2颗粒；b.通过机械单元将由此生产的合金粉碎成粉末形式。4.如权利要求1所述的方法，其中，所得合金中的钛与硼的重量比优选小于或等于1，并且钛含量和硼含量分别为1重量％5重量％的Ti和1重量％5重量％的B，余量为铝、钾和氟。5.如权利要求1所述的方法，其中，所得合金含有小于20微米的Al3Ti颗粒。全文摘要本发明提供了一种用于生产铝-钛-硼晶粒细化母合金的方法，所述母合金含有可溶性钛铝化物和不溶性铝硼化物颗粒，该方法包括混合铝-硼合金粉末和K2TiF6盐，从而获得经掺混的混合物；在略低于铝的熔点，在约650℃于惰性气体炉中对由此获得的已混合的粉末混合物进行足够长的热处理；并将加热的粉末混合物压制成片料形式。在使用添加水平为0.02％Ti的这种母合金孕育后，铝-7重量％硅铸造合金在接触时间达到15分钟时的铸造粒度为小于200微米。文档编号C22C1/04GK102333896SQ200980157702公开日2012年1月25日申请日期2009年2月27日优先权日2009年2月27日发明者Y·比罗尔申请人:图比塔克