[发明专利]一种晶粒细化剂及在铝合金轮毂中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶粒细化剂及在铝合金轮毂中的应用，属于金属材料技术领域。利用制备的晶粒细化剂可使铝合金晶粒细化，并使其强度和韧性得到显著提高。

背景技术

铝合金由于质轻、比强度高、耐腐性、导电导热性能好、易加工等特性，广泛应用于机械、航空航天、汽车等领域。但因其合金在铸造条件下容易形成粗大的晶粒组织，要实现其广泛应用，必须改善其铸态组织，进而提升其性能。目前，在铝合金工业生产中，普遍采用向熔体中添加Al-Ti-B中间合金的方法以达到晶粒细化的目的，而Al-Ti-B中间合金的制备国内外普遍采用氟盐反应法。尽管该中间合金能对铝合金具有一定的细化效果，但是此中间合金的制备周期长，能耗大，金属的氧化烧损严重，合金组织的金属间化合物TiAl₃颗粒一般比较粗大，尺寸都在80μm以上，加大了中间合金的响应时间。而且TiB₂粒子聚集团分散性差，使中间合金的细化性能达不到理想的效果。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种晶粒细化剂及在铝合金轮毂中的应用方法。本发明可大大缩短反应制备时间，降低铝熔体的氧化烧损，而且中间合金铸态组织中的TiAl₃呈细小颗粒状，尺寸在40μm以下，且大小均匀，分布状况优良，从而提高Al-Ti-B中间合金的细化能力。经过该细化剂细化的铝合金液生产的铝合金轮毂可全面提高其拉伸强度及抗疲劳性能。

本发明是通过以下方式实现的：

(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、Ti、B分别按质量百分比的65-75％，15-30％，5-10％的配比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450-460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；

(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5-7.5％、镁0.3-0.45％的铝锭在720-750℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；

(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至200℃--300℃并保温1小时；然后按基体熔液的5-10％(质量百分比)用钟罩分批压入750℃的熔体内，保温20min，反应块在熔体中进行热爆合成反应，强放热致使反应块开裂、分散。再对上述熔体进行机械搅拌，搅拌时间5-10min，转速80-100转/分钟。使合成产物完全稀释，分散于铝熔体中。经过该方法制备的铝合金液，TiAl₃相的溶解和扩散时间大大降低，TiB₂粒子的分散性大幅度提高，有利于其细化作用的发挥，铸态晶粒尺寸可得到有效控制；

(4)浇铸：首先将模具加热至250-300℃，然后调整熔体的温度至720-750℃，以0.1-0.15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯。

具体实施方式

实施例1：

(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、Ti、B分别按质量百分比的75％，15％，10％的配比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至460℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；

(2)基体合金的熔炼：将含硅6.5％、镁0.45％的铝锭在740℃的温度下熔化，加入覆盖剂、精炼剂，除气、静置得到基体合金熔体；

(3)反应块的注入：将反应块放入电磁感应炉中进行加热干燥，并在30分钟内将反应块预热至250℃并保温1小时；然后按基体熔液的8％(质量百分比)用钟罩分批压入750℃的熔体内，保温20min，反应块在熔体中进行热爆合成反应，强放热致使反应块开裂、分散。再对上述熔体进行机械搅拌，搅拌时间10min，转速80转/分钟，搅拌后静置5min待用；

(4)浇铸：首先将模具加热至260℃，然后调整熔体的温度至750℃，以0.15MPa的压力把金属液压进模具，冷却后获得轮毂毛坯。

实施例2：

(1)反应块的制备：将参与反应的粉末状Al、Ti、B分别按质量百分比的65％，25％，10％的配比进行配料，球磨混合后挤压成坯，然后将压坯置于真空反应炉中预热至1000K左右，反应持续30秒后保温20min，随后冷却至室温再将压坯加热至450℃，按挤压比15∶1挤压成反应块；