一种含锆铝合金的晶粒细化方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，涉及一种含锆铝合金的晶粒细化方法。将纯铝与Zr源、B源加热至850～1200℃进行熔炼，然后经过铸造获得Al

【技术实现步骤摘要】
一种含锆铝合金的晶粒细化方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，涉及一种含锆铝合金的晶粒细化方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]Zr是铝合金中重要的微合金化元素，大部分超硬铝(Al
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Zn
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Mg
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Cu系)均含Zr，含量约0.05～0.25wt％，部分Al
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Cu系、Al
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Mg系和Al
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Mg
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Si系合金中也添加Zr。Zr在铝基体中能形成大量弥散分布的纳米级亚稳态ZrAl3颗粒，提高合金的再结晶温度，抑制热变形和热处理过程中的再结晶，从而大幅提高合金力学性能。
[0004]晶粒细化能够有效减少铸造缺陷，如成分偏析、缩松缩孔、裂纹等，增加组织致密度，提高合金变形加工性能和力学性能，几乎成为铝合金生产过程中的必备工艺。常用的晶粒细化方法是向铝熔体中添加Al
‑
Ti
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B细化剂，在工业纯Al中添加0.2％ Al
‑
Ti
‑
B即可将α
‑
Al晶粒由几千微米细化至200μm以下，细化效果非常明显。但是，当铝熔体中存在Zr元素时，Al
‑
Ti
‑
B的细化效果将被严重削弱甚至没有细化效果，出现“Zr中毒”现象。Al
‑
Ti
‑
B中间合金中含有形核粒子TiB2，TiB2表面包覆着TiAl3原子层，TiAl3与Al的晶格错配度很小，可以作为其形核衬底，促进Al形核，从而凝固后获得细小的晶粒组织；Zr元素存在时，会与TiAl3反应生成(Ti,Zr)Al3三元相，(Ti,Zr)Al3相与Al的晶格错配度较大，因此，形核作用较弱，使得Al
‑
Ti
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B中间合金的细化效果被削弱，即“Zr中毒”现象。
[0005]目前，解决“Zr中毒”问题的主要方法是增加Al
‑
Ti
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B中间合金的添加量，这不仅会增加成本，还会引入夹杂物、增加缺陷，当添加量过高时，Ti元素还会与Zr发生反应，削弱Zr的抑制再结晶能力，对合金性能产生不利影响。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中Al
‑
Ti
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B中间合金作为细化剂添加至含锆铝合金中由于Ti和Zr的相互作用而导致的“Zr中毒”问题，本专利技术的目的是提供一种含锆铝合金的晶粒细化方法，本专利技术具有优异的细化效果，同时避免Al
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Ti
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B细化过程中的“Zr中毒”现象。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一方面，一种含锆铝合金的晶粒细化方法，将纯铝与Zr源、B源加热至850～1200℃进行熔炼，然后经过铸造获得Al
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Zr
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B中间合金；将Al
‑
Zr
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B中间合金进行冷轧变形处理或热变形处理，将变形处理后的Al
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Zr
‑
B中间合金加入至含锆铝合金的熔体中，保温处理后进行浇铸成型，即可；其中，Zr元素与B元素的质量比大于4.22且小于20。
[0009]含锆铝合金中的Zr元素本身具有一定的晶粒细化作用，为避免Ti和Zr的相互作用，本专利技术提出利用Zr进行晶粒细化的思路，为达到良好的细化效果需提升Zr的细化能力。本专利技术制备的Al
‑
Zr
‑
B中间合金中含有ZrB2粒子，且粒子表面含有富Zr层，形成Zr@ZrB2复合
粒子。为了生成复合粒子，本专利技术的熔炼温度为850～1200℃，以保证Zr和B充分反应；同时Al
‑
Zr
‑
B中间合金中Zr/B质量比在4.22～20之间，从而形成Al
‑
ZrB2‑
Zr体系。另外，本专利技术通过冷轧变形处理或热变形处理，使得第二相粒子在基体中分布均匀、避免聚集，然后将变形处理后的中间合金加入含Zr铝合金熔体中，复合粒子由于富集Zr能够促进Zr的晶粒细化作用，实现含Zr铝合金的晶粒细化，从而解决Al
‑
Ti
‑
B中间合金晶粒细化过程中的“Zr中毒”问题。
[0010]另一方面，一种晶粒细化的含锆铝合金，由上述含锆铝合金的晶粒细化方法获得。
[0011]本专利技术的有益效果为：
[0012]本专利技术提供的含锆铝合金的晶粒细化方法，通过控制Zr/B质量比在4.22～20之间，同时控制熔炼温度，保证Zr与B充分反应，以形成表面富集Zr元素的ZrB2的复合粒子，该复合粒子能够促进含Zr铝合金中Zr元素对铝晶粒的细化作用，实现含Zr铝合金的晶粒细化，从而解决Al
‑
Ti
‑
B中间合金晶粒细化过程中的“Zr中毒”问题。
附图说明
[0013]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0014]图1为本专利技术对比例1的高纯Al
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0.18Zr合金的铸态晶粒组织的金相图；
[0015]图2为本专利技术实施例1的高纯Al
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0.18Zr合金经过0.5％Al
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5Zr
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0.8B细化后的铸态晶粒组织的金相图；
[0016]图3为本专利技术对比例2的工业纯Al的铸态晶粒组织的金相图；
[0017]图4为本专利技术对比例2的工业纯Al
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0.2Zr合金的铸态晶粒组织的金相图；
[0018]图5为本专利技术对比例3的工业纯Al
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0.2Zr合金经过0.5％Al
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5Zr
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1.2B细化后的铸态晶粒组织的金相图；
[0019]图6为本专利技术实施例2的工业纯Al
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0.2Zr合金经过0.5％Al
‑
5Zr
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1B细化后的铸态晶粒组织的金相图。
[0020]图7为本专利技术对比例4的工业纯Al
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0.2Zr合金经过0.2％Al
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5Ti
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1B细化后的铸态晶粒组织的金相图。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锆铝合金的晶粒细化方法，其特征是，将纯铝与Zr源、B源加热至850～1200℃进行熔炼，然后经过铸造获得Al
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Zr
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B中间合金；将Al
‑
Zr
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B中间合金进行冷轧变形处理或热变形处理，将变形处理后的Al
‑
Zr
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B中间合金加入至含锆铝合金的熔体中，保温处理后进行浇铸成型，即可；其中，Zr元素与B元素的质量比大于4.22且小于20。2.如权利要求1所述的含锆铝合金的晶粒细化方法，其特征是，所述的Zr源为Zr单质；或，所述的B源为Al
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B合金。3.如权利要求1所述的含锆铝合金的晶粒细化方法，其特征是，获得的Al
‑
Zr
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B中间合金中，Zr的重量百分含量为3～8％；或，获得的Al
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Zr
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B中间合金中，Fe的重量百分含量小于0.1％；或，获得的Al
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Zr
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B中间合金中，Si的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨化冰，周吉学，宋晓村，程开明，王西涛，闫鹏飞，吴建华，王美芳，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：