[发明专利]复合变质细化铝合金铸态组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合变质细化铝合金铸态组织的方法，属于金属合金制造技术领域。

背景技术

铝合金铸造过程中，根据铸锭的凝固特点，往往在铸锭次表层向内形成粗大的枝晶组织，剩余的低熔点液相往往吸附在枝晶组织之间，形成枝晶偏析，造成铸锭的组织、成分均不均匀的现象，对铸锭的性能造成极大影响。一方面，由于铝合金铸锭组织成分的不均匀，使得铸锭浇铸过程中承受的应力水平下降，铸锭或铸件冷却过程中热应力使得铸锭或铸件发生变形、开裂，造成严重生产事故；另一方面，即便铸锭成型，在下一步的深加工过程中，使得铸锭加工困难，废品率上升。所以控制铸锭或铸件微观组织，改善铝合金中的成份偏析有着重大的意义。

现阶段改善金属组织偏析的方法大体分为改进铸造操作工艺、化学方法、物理方法等种方法。铸造阶段的熔体搅拌、熔体静置时间、浇注温度、浇注速度等工艺均会影响到铸件的偏析程度，但是随着材料科学的进步，此种仅在操作工艺上的改进已不能满足高效率产业化和高质量铝合金的要求；化学方法即在铝合金熔炼过程中添加化学元素，通过变质处理的方法来控制偏析现象，此种方法虽能一定程度上抑制偏析，但是根据大量文献和实际应用资料，在熔炼阶段添加变质剂时一定程度上会给合金带入新的杂质元素，使铸件形成新的夹杂；物理方法主要集中在对合金熔体施加磁场、超声波、振动等外加场强，促使合金内部溶质元素发生再分配的现象，从而改善偏析，此种方法近年来已得到广泛关注，但是在实际应用中由于这些工艺对设备条件要求、能量耗费极高，亦带来了高额的成本问题。使用脉冲电流改善铝合金组织技术属于物理方法范畴，最早于上世纪80年代才开始被首次提出，并得出此种技术可以细化组织的结论，但其效果并不太明显。

上述的每一种方法均有其优点，但也有其缺点，如化学处理带来的铝液污染，物理方法所带来的高耗能及设备成本投入等。所以现有的细化铝合金铸态组织的方法都不太理想。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能有效改善铝合金铸态组织形貌及合金元素偏析、并且工艺简单、操作方便、制作成本较低、产品质量较高的复合变质细化铝合金铸态组织的方法，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：本发明的一种复合变质细化铝合金铸态组织的方法为，该方法包括现有的铝合金铸锭，并按常规方式进行铝合金熔炼、去渣、除气后得熔融态的铝合金，在铝合金为熔融态时，使铝合金熔体的温度为695℃～740℃，然后按铝合金熔体总质量的0.05%～3%的量添加进作为细化剂的Al-5Ti-1B，然后对添加有细化剂的铝合金熔液通入频率为30～50Hz、电流密度为100 A/cm²～1200A/cm²的脉冲电流，其通电时间为30秒～500秒，待通电完成且铝合金熔液自然冷却凝固后，即可制得复合变质细化铝合金铸态组织的铝合金铸锭成品。

上述现有的铝合金铸锭为Al-Zn-Mg-Cu系硬质铝合金铸锭或铸件。

由于采用了上述技术方案，通过本发明获得的铝合金铸锭的组织是以等轴晶为主，其Cu、Fe元素的枝晶偏析情况大幅减轻。经试验表明，本发明通入电脉冲及添加细化剂后能抑制二次枝晶的生长，并能有效改善7000系列铝合金的铸造组织的形貌，其经本发明处理后的铝合金基体主要是均匀的等轴晶和近球形晶粒；同时，与直接凝固的试样对比发现，本发明的铝合金中Cu和Fe元素的偏析现象得到一定程度缓解，尤其是Fe元素分布趋于均匀，这很有利于提高铝合金的后续加工性能。本发明经系列基础研究，通过工艺方法优化，将其复合使用，充分发挥了化学处理及物理方法各自的优点，大大降低了对变质剂及电场能量的需求，同时在铝合金铸态组织控制及成分均匀化方面取得了明显效果（参看附图比较）。所以，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有能有效改善铝合金铸锭（铸件）铸态组织形貌及合金元素偏析的优点，而且还具有工艺简单、操作方便、制作成本较低等优点，采用本发明能明显地提高现有的铝合金铸锭产品质量。

附图说明

图1是现有的7075铝合金与通过本发明处理过的7075铝合金的铸态组织的晶粒形貌变化比较图，其图1中的(a)为铝合金熔体未经任何处理后的凝固组织图，(b)为采用本发明处理后的7075铝合金熔体凝固组织图；

图2是现有的7075铝合金铸态组织的面扫描图像800X的元素分布图，其图2中的（a）为扫描视场图，（b）为Al元素的分布图，（c）为Zn元素的分布图，（d）为Mg元素的分布图，（e）为Cu元素的分布图，（f）为Fe元素的分布图；