本發(fā)明涉及鋁合金熔煉領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁合金輪轂晶粒細(xì)化方法。
背景技術(shù)：
汽車車輪在行駛過程中高速轉(zhuǎn)動，并承載著汽車重量、扭動扭矩和其他應(yīng)力，要求車輪材料有高強(qiáng)度、高彈性模量等力學(xué)性能，以滿足汽車產(chǎn)品規(guī)定的安全性和可靠性要求。汽車車輪材料最初采用鋼板，焊接后通過成型擠壓形成汽車車輪，由于制造工藝復(fù)雜，質(zhì)量重以及車輪表面質(zhì)量不滿足現(xiàn)代汽車發(fā)展的要求，汽車車輪材料已經(jīng)由鋁合金取代了鋼板。
鋁合金具有流動性好，無熱裂傾向，線收縮小，比重小，耐蝕性好等優(yōu)良特性，是汽車輪轂的主要使用材料。然而現(xiàn)有的方法制備得到的鋁合金輪轂，通常結(jié)構(gòu)不致密，容易產(chǎn)生疏松、夾孔等鑄造缺陷，鋁合金的鑄態(tài)組織晶粒粗大，力學(xué)性能較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點和不足，本發(fā)明提供了一種鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，操作簡便，對晶粒的細(xì)化程度高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬，除去熔爐中的空氣；
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，機(jī)械攪拌均勻，然后檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al；
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中加入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.4～0.8％，靜置后，除去鋁液表面的浮渣；
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.1％-0.4％，機(jī)械攪拌均勻后靜置；然后加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.05％-0.2％；
S5：檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3；
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。
進(jìn)一步，所述精煉劑包括2-3份稀土、20-30份氯化鈉、10-20份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率；并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率；氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
進(jìn)一步，所述精煉劑包括2份稀土、30份氯化鈉、20份氯化鉀。
進(jìn)一步，所述鋁-鎳-磷中間合金的制備步驟如下：按重量百分比Al：Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Al、Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊；然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。制備得到的Al-Ni-P中間合金組織均一穩(wěn)定。
進(jìn)一步，所述Al-Ni-P中間合金各組分的重量百分比為Al：Ni：P＝85％：12％：3％。在該比例下，Al-Ni-P中間合金的細(xì)化作用最佳，且Al-Ni-P中間合金于納米氧化錫的配合細(xì)化作用最優(yōu)。
進(jìn)一步，所述鋁-鎳-磷中間合金和納米氧化錫纖維的加入量的質(zhì)量比為4:1～1:2。鋁-鎳-磷中間合金和納米氧化錫纖維按照一定比例配合，二者共同作用，使鋁合金中的組織得到了更好的細(xì)化，減少了鑄造缺陷，鋁合金的綜合性能得到了明顯的提高。
進(jìn)一步，所述鋁-鎳-磷中間合金和納米氧化錫纖維的加入量的質(zhì)量比為2:1。
進(jìn)一步，所述S3中還包括，在加入精煉劑后，從熔爐下方向鋁液中連續(xù)通入高純氬10-15min，然后再靜置，除去鋁液表面的浮渣。從下方通入高純氬，能夠帶動雜質(zhì)或氣體等由下至上全部從鋁液表面排出，避免從上至下通導(dǎo)致的雜質(zhì)或氣體排除不凈。
進(jìn)一步，所述S2中使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌。耐火涂層能夠避免機(jī)械攪拌的攪拌棒的成分在高溫條件下熔入鋁液中，影響鋁液成分；且鈦棒的熔點很高，在鋁液熔煉過程中不會熔入鋁液中。
進(jìn)一步，所述S6中在將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咔?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
1.本發(fā)明通過加入鋁-鎳-磷中間合金和納米氧化錫纖維二者共同作用，鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。鑄造得到的鋁合金輪轂的綜合性能得到了明顯的提高。
2.加入稀土、氯化鈉和氯化鉀作為精煉劑，稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
3.通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在熔煉過程中，通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，及時避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
具體實施方式
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中加入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.4～0.8％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬一段時間，靜置一定時間后，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括2-3份稀土、20-30份氯化鈉、10-20份氯化鉀。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.1％-0.4％，機(jī)械攪拌均勻后靜置一定時間；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.05％-0.2％。其中，所述鋁-鎳-磷中間合金和納米氧化錫纖維的加入量的質(zhì)量比為4:1～1:2，優(yōu)選2:1。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Al、Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊；然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過加入Al-Ni-P中間合金以及納米氧化錫纖維，共同作用使鋁合金中的組織得到了更好的細(xì)化，減少了鑄造缺陷，鋁合金的綜合性能得到了明顯的提高。由此制備得到的鋁合金輪轂的力學(xué)性能、磨損性能和使用壽命得到明顯的提高。
實施例1
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。通過高純氬除凈熔爐中的空氣，進(jìn)一步避免鋁合金在熔煉過程中的氧化。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在本實施例中，通過分光儀對熔化的鋁液的成分進(jìn)行檢測，各成分按重量百分比分別為Si 7.0％，Mg 0.35％，Ti 0.12％，F(xiàn)e 0.05％，Mn 0.02％，Cu 0.03％，Zn 0.02％，Al 92.41％。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中通過高純氬噴入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.6％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬10-15min后，靜置1min，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括3份稀土、25份氯化鈉、15份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.25％，機(jī)械攪拌均勻后靜置1min；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.1％。鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。通過降低模具的溫度，提高鋁液的冷卻速度，促進(jìn)鋁液快速固化，細(xì)化晶粒。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Al、Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊，避免P層過松，加入Al、Ni后P噴濺損耗；避免P層過緊，Al、Ni熔化后難以與P混合均勻。然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。在本實施例中，所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為95％：4％：1％。
通過本實施例制備得到的鋁合金輪轂的性能參數(shù)如下：
從上表中可知，單獨加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維均可對鋁合金輪轂的性能有所改善。并且，同時加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維時，鋁合金輪轂的性能優(yōu)于分別單獨加入兩種物質(zhì)的情況，這說明了Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維二者共同作用，Al-Ni-P中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過加入Al-Ni-P中間合金以及納米氧化錫纖維，共同作用使鋁合金中的組織得到了更好的細(xì)化，減少了鑄造缺陷，鋁合金的綜合性能得到了明顯的提高。由此制備得到的鋁合金輪轂的力學(xué)性能、磨損性能和使用壽命得到明顯的提高，滿足現(xiàn)有的輪轂的需求。
實施例2
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。通過高純氬除凈熔爐中的空氣，進(jìn)一步避免鋁合金在熔煉過程中的氧化。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在本實施例中，通過分光儀對熔化的鋁液的成分進(jìn)行檢測，各成分按重量百分比分別為Si 7.5％，Mg 0.45％，Ti 0.2％，F(xiàn)e 0.12％，Mn 0.05％，Cu 0％，Zn 0.05％，Al 91.63％。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中通過高純氬噴入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.6％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬10-15min后，靜置1min，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括2份稀土、30份氯化鈉、20份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.4％，機(jī)械攪拌均勻后靜置1min；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.2％。鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。通過降低模具的溫度，提高鋁液的冷卻速度，促進(jìn)鋁液快速固化，細(xì)化晶粒。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊，避免過松加入Ni后P噴濺損耗，以及避免過緊Ni熔化后難以與P混合均勻。然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。在本實施例中，所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為95％：4％：1％。
通過本實施例制備得到的鋁合金輪轂的性能參數(shù)如下：
從上表中可知，單獨加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維均可對鋁合金輪轂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維的共同作用，同時加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維時，鋁合金輪轂的性能優(yōu)于分別單獨加入兩種物質(zhì)的情況。在本實施例中，Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維加入量的重量比為2:1，所述中間合金的組分比例與實施例1相同，在此種條件下，從表中可知同時加入兩者之后，鋁合金輪轂的性能相對于實施例1得到顯著提高，說明在此比例下二者的協(xié)同效果最佳。
實施例3
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。通過高純氬除凈熔爐中的空氣，進(jìn)一步避免鋁合金在熔煉過程中的氧化。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在本實施例中，通過分光儀對熔化的鋁液的成分進(jìn)行檢測，各成分按重量百分比分別為Si 6.5％，Mg 0.3％，Ti 0.05％，F(xiàn)e 0.03％，Mn 0.01％，Cu 0.1％，Zn 0.05％，Al 93.0％。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中通過高純氬噴入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.4％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬10-15min后，靜置1min，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括2.4份稀土、20份氯化鈉、10份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.1％，機(jī)械攪拌均勻后靜置1min；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.05％。鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。通過降低模具的溫度，提高鋁液的冷卻速度，促進(jìn)鋁液快速固化，細(xì)化晶粒。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊，避免過松加入Ni后P噴濺損耗，以及避免過緊Ni熔化后難以與P混合均勻。然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。在本實施例中，所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為90％：5％：5％。
通過本實施例制備得到的鋁合金輪轂的性能參數(shù)如下：
從上表中可知，單獨加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維均可對鋁合金輪轂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維的共同作用，同時加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維時，鋁合金輪轂的性能優(yōu)于分別單獨加入兩種物質(zhì)的情況。
實施例4
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。通過高純氬除凈熔爐中的空氣，進(jìn)一步避免鋁合金在熔煉過程中的氧化。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在本實施例中，通過分光儀對熔化的鋁液的成分進(jìn)行檢測，各成分按重量百分比分別為Si 7.5％，Mg 0.43％，Ti 0.18％，F(xiàn)e 0.09％，Mn 0.02％，Cu 0.08％，Zn 0.05％，Al 91.65％。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中通過高純氬噴入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.6％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬10-15min后，靜置1min，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括2份稀土、30份氯化鈉、20份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.4％，機(jī)械攪拌均勻后靜置1min；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.2％。鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧校谌蹱t內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。通過降低模具的溫度，提高鋁液的冷卻速度，促進(jìn)鋁液快速固化，細(xì)化晶粒。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊，避免過松加入Ni后P噴濺損耗，以及避免過緊Ni熔化后難以與P混合均勻。然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。在本實施例中，所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為85％：12％：3％。
通過本實施例制備得到的鋁合金輪轂的性能參數(shù)如下：
從上表中可知，單獨加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維均可對鋁合金輪轂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維的共同作用，同時加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維時，鋁合金輪轂的性能優(yōu)于分別單獨加入兩種物質(zhì)的情況。與實施例2對比分析可知，本實施例中所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為85％：12％：3％時的效果優(yōu)于其他比例。
實施例5
本發(fā)明的鋁合金輪轂的晶粒細(xì)化方法，包括以下步驟：
S1：在運行熔爐前，先向熔爐中連續(xù)通入高純氬10min，除去熔爐中的空氣。通過高純氬除凈熔爐中的空氣，進(jìn)一步避免鋁合金在熔煉過程中的氧化。
S2：在熔爐中加入鋁錠，升高溫度至700-740℃，待鋁錠熔化后，使用涂有耐火涂層的鈦棒進(jìn)行機(jī)械攪拌，用分光儀檢測鋁錠熔化的鋁液中的成分，使得鋁液中的成分按重量百分比滿足Si 6.5～7.5％，Mg 0.30～0.45％，Ti 0～0.2％，F(xiàn)e 0～0.12％，Mn 0～0.05％，Cu 0～0.1％，Zn 0～0.05％，余量為Al。通過分光儀對熔化的鋁液成分進(jìn)行檢測，避免鋁液中成分超出此范圍，導(dǎo)致的鋁合金性能降低，不能滿足汽車輪轂的要求。在本實施例中，通過分光儀對熔化的鋁液的成分進(jìn)行檢測，各成分按重量百分比分別為Si 7.3％，Mg 0.41％，Ti 0.16％，F(xiàn)e 0.02％，Mn 0.01％，Cu 0.02％，Zn 0.05％，Al 92.03％。
S3：在溫度700-710℃下，向S2中的鋁液中通過高純氬噴入精煉劑，加入量為鋁液質(zhì)量的0.8％，然后從熔爐下方向鋁液中通入高純氬10-15min后，靜置1min，除去鋁液表面的浮渣。其中，所述精煉劑包括2份稀土、20份氯化鈉、10份氯化鉀。稀土能夠?qū)⒀趸X還原成鋁，使鋁液中的氧化鋁夾雜物含量明顯降低，從而減少了氫氣的形核基底，降低了鋁合金中的孔隙率。并且，稀土?xí)c氫發(fā)生相互作用生成穩(wěn)定的稀土氫化物，從而改變了氫在鋁液中的狀態(tài)，降低了鋁液中游離氫的含量，進(jìn)一步降低鋁合金中的孔隙率。氯化鈉和氯化鉀能夠有效除去鋁液中的雜質(zhì)。
S4：在溫度700-710℃下，向S3中預(yù)精煉后的濾液中加入鋁-鎳-磷中間合金，加入量為鋁液質(zhì)量的0.2％，機(jī)械攪拌均勻后靜置1min；加入納米氧化錫纖維，加入量為鋁液質(zhì)量的0.05％。鋁-鎳-磷中間合金作為細(xì)化劑加入鋁液中，Al-Ni-P中的Ni3Al周圍形成Ni2P的保護(hù)層，阻止了Ni3Al的熔化，通過磷的擴(kuò)散形成一個富Ni的液態(tài)相區(qū)，形核在該區(qū)發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。而納米氧化錫纖維的加入，能夠誘導(dǎo)形核中心沿纖維方向排列，使各處的形核中心分布均勻，晶粒細(xì)化均勻。
S5：通過密度檢測儀檢測鋁液密度，使鋁液的密度大于或等于2.667g/cm3，控制鋁液中的含氫量；若密度小于2.667g/cm3，重復(fù)S3，直至密度大于或等于2.667g/cm3。通過密度檢測監(jiān)控鋁液中的含氫量，控制含氫量在合理范圍內(nèi)，避免含氫量過高導(dǎo)致的合金組織結(jié)構(gòu)的缺陷。
S6：將鋁液澆注到預(yù)熱的輪轂?zāi)＞咧?，在熔爐內(nèi)部放置濾網(wǎng)，使鋁液注入模具之前再次過濾除去雜質(zhì)，將輪轂?zāi)＞呖焖倮鋮s至-10～-20℃，待鋁液凝固后起模，得到晶粒細(xì)化的鋁合金輪轂。通過降低模具的溫度，提高鋁液的冷卻速度，促進(jìn)鋁液快速固化，細(xì)化晶粒。
其中，所述鋁-鎳-磷中間合金通過熔化合成法制備得到，具體步驟是：按重量百分比Al-Ni：P＝(85％～95％)：(4％～12％)：(1％～5％)稱取所需量的Ni和P，通過一層P一層石灰石隔離疊成加入感應(yīng)爐中，適當(dāng)壓緊，避免過松加入Ni后P噴濺損耗，以及避免過緊Ni熔化后難以與P混合均勻。然后先將Al和Ni共同熔化混合均勻后，倒入感應(yīng)爐中，使合金液由上至下滲入P層，通過感應(yīng)爐保證爐內(nèi)合金液不凝固，機(jī)械攪拌使合金液均勻，然后急速冷卻使其凝固，得到Al-Ni-P中間合金。在本實施例中，所述Al-Ni-P中間合金按重量百分比為85％：12％：3％。
通過本實施例制備得到的鋁合金輪轂的性能參數(shù)如下：
從上表中可知，單獨加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維均可對鋁合金輪轂的性能有所改善。并且，由于Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維的共同作用，同時加入Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維時，鋁合金輪轂的性能優(yōu)于分別單獨加入兩種物質(zhì)的情況。與實施例2對比分析可知，實施例2中所述Al-Ni-P中間合金和納米氧化錫纖維按重量百分比為2:1時的性能優(yōu)于本實施例中的4:1對應(yīng)的性能。
本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。