[发明专利]一种晶粒细化剂及其应用

说明书

本发明提供了一种晶粒细化剂，包括如下重量百分比的组分：金属氮化物10％～50％，金属碳化物10％～50％，稀土元素5％～40％。还提供了上述晶粒细化剂在制备Cu‑Cr‑Zr合金中的应用。本发明的晶粒细化剂，由金属氮化物、金属碳化物和稀土元素组成，在铸造铬锆铜过程中，使柱状枝晶组织得到较大的改善，组织均匀性得到质的提升，实现材料综合力学性能的提升。

技术领域

本发明涉及冶金铸造领域，尤其涉及一种晶粒细化剂及其应用。

背景技术

Cu-Cr-Zr合金具有良好的导电性、导热性、抗裂性，且硬度高，耐磨抗爆、软化温度高等优势，同时，其焊接时电极损耗少，焊接速度快，焊接总成本低，在电子信息、导电导热媒介、工业装备零部件、模具等领域应用广泛。特别是近年来高速铁路应用铬锆铜材料不断增加，吸引了全球广泛的关注，也是近三十年来研究开发的热点铜合金产品之一。

Cu-Cr-Zr合金生产的工艺有水平连铸工艺、半连铸工艺、上引工艺、真空炉铸造工艺。其中，水平连铸工艺：水平连铸→固溶→拉丝→时效→压光矫直；水平连铸(盘圆)→固溶→连续挤压→拉丝→时效→联合拉拔；半连铸工艺：铸锭→挤压→固溶→拉丝→时效→压光矫直；真空炉工艺：真空浇铸铸锭→挤压→固溶→拉丝→时效→压光矫直。所有工艺均需要有组织均匀的铸坯，现阶段各工艺均存在一个较大的问题，即组织晶粒粗大，柱状枝晶发达，导致后道成品经常出现铸态枝晶组织。其中，生产的电极帽产品在冷镦过程出现织构现象。由于组织不均匀性导致产品壁厚不均等问题，导电嘴加工排屑困难，高速机床加工过程容易出现断刀，加工件表面粗糙等问题，导致产品直接报废，高速铁路应用铬锆铜速度比较慢，也是由于铸坯存在柱状枝晶难消除。

现阶段对于铬锆铜合金的组织优化主要采用热处理方法。通过高温固溶的方法将水平连铸、上引、挤压坯料进行组织再结晶处理，获得等轴晶组织，但是部分柱状枝晶组织依然会存在于坯料中，成为导致后道成品报废的主要原因。晶粒细化是通过在熔体内部增加形核质点，从而可以在凝固结晶的时候，形成更多晶粒的一种方法，行业内对于铬锆铜晶粒细化剂研究较少。因此为解决组织不均，柱状枝晶问题，开发一款新型铬锆铜细化剂成为必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种晶粒细化剂及其应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的第一方面是提供一种晶粒细化剂，包括如下重量百分比的组分：金属氮化物10％～50％，金属碳化物10％～50％，稀土元素5％～40％。

进一步地，所述晶粒细化剂包括如下重量百分比的组分：金属氮化物40％～50％，金属碳化物40％～45％，稀土元素5％～15％。

进一步地，所述金属氮化物为氮化铝、氮化钛、氮化钽中的一种或几种。

金属氮化物：起晶粒细化的作用，由于本身具有较好的导电性，以及较好的金属性能以及稳定性，可以占据晶界位置，排出杂质。

进一步地，所述金属碳化物为碳化铬、碳化钒、碳化锆中的一种或几种。

金属碳化物：起晶粒细化的作用，高温化学稳定性好，优良的细化核心。

进一步地，所述稀土元素为铈、钇中的一种或两种。

稀土元素：晶界清理，铜水净化。

其中，金属氮化物和稀土之间的作用形成的过渡金属氮化物，具有很好的催化作用，降低界面能，有利于结晶依附，降低形核所需要的势能，同时氮化物的稳定性得到进一步的加强，颗粒过渡金属氮化物在熔体中不宜发生热分解以及其他化学反应，作为稳定的异质形核中心，增加形核率，晶粒的增加反过来抑制晶粒的长大，从而使得组织细小、均匀。

本发明的第二方面是提供上述晶粒细化剂在制备Cu-Cr-Zr合金中的应用，包括如下步骤：