铝合金中的晶粒细化剂

2 3 中 间台 金 型 细 化 剂 .
中 国工 程 物 理 研 究 院 行 业 预 研 基 金 项 目 ( 号 :t o 2 ) 编 2 ~o 3 9
收 稿 日期 :∞ 1 O— B 2 —1 o
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20 年 1 01 2月
第 4期
教学 与 科 技
拌 熔 体 的 方 法 可 促 进 晶体 分 离 . 3. 超 形 核 理 论 4
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铝 合 金 中 的晶粒 细化 剂
第 1 4卷
Jns考 虑 到 A —T —B 中 间 合 金 能 够 以 如 此 少 的添 加 量 来 细 化 铝 晶粒 , 入 了 " 形 oe l i 引 超
3 细 化机理
从 理论 上讲 , 晶粒 细 化 的机 理很 简 单 . 首 先 , 须 有各 种 异 质 形 核 晶点 引 人 熔 体 ; 次 , 必 其 成 分 的 , 的 和 熔 体 流 动 的 条 件 应 该 能 使 这 些 晶 点 的 太 多 数 活 化 , 成 形 核 核 心 .换 而 言 热 变
2 2 盐 类 细 化 剂 .
盐 类 细 化 剂 是 将 钛 , , 等 晶 粒 细 化 剂 的 金 属 间 化 合 物熔 化 成 熔 体 , 雾 化 成 粉 状 , 硼 锆 再 与
盐 类 溶 剂 合 成 粉 状 细 化剂 .
这 种 细 化 剂 使 用 时 不 易 有 非 金 属 夹 杂 , 证 了 熔 体 的 纯 洁 度 , 附 加 精 练 的 作 用 , 化 保 有 细 效 果 也 很 好 , 长 效 性 差 , 着 时 间 的 延 长 , 化 效 果 下 降 .另 外 对 炉 子 耐 火 材 料 和 电阻 加 但 随 细 热 元 件 都 有 强 烈 的 腐 蚀 作 用 , 短 了 炉 子 的使 用 寿 命 , 吸 潮 , 利 于保 存 . 缩 易 不
当 前 , 内外 使 用 的 晶粒 细 化 剂 主 要 有 三 种 类 型 : 剂 , 第 三 元 素 ( 要 是 B 的 A-i 国 钛 含 主 ) 1 T 中间合金 型 , 含第 三 元 素 ( 主要 是 B 的 AT 化 合 物 型 即 盐 类 细 化 剂 . 下 面 我 们 分别 讨 论 它 ) 1i
下 可 以大 量 生 长 一 次 a—A 晶粒 . 在 超 形 核 模 型 中 ,o e 证 明 了 熔 质 原 子 的 尺 寸 与 铝 原 I Jns还
子 尺 寸 的关 系 是 关键 因 素 . 接 近 于 铝 原 子尺 寸 的 熔 质 , 导 致 发 生 超 形 核 , 与 铝 原 子 尺 寸 将 而
粒 子 仍 旧有 沉 降 问题 . 如 果 通 过 控 制 粒 子 的 聚集 使 中 间台 金 中含 有 较 少 的 n , 是 有 益 的 . 人 们 已 经 在 某 将 种 程 度 上 做 到 了这 一 点 , 通 过 添 加 合 适 的 表 面 活 性 物 质 来 达 到上 述 目 的 .在 半 连 续 铸 造 即 中 , 用 粒 子 较 多 的 中 间 台 金 也 是 有 益 的 , 这 方 面 的 工作 已 经 表 明 , 向 中 间台 金 中 加 入 使 在 若 少 量 的 F ,{V 或 , 块 状 粒 子 的数 量 可 以 比 由纯 铝 制 成 的 中间 合 金 中 的 多 四倍 , 需 要 es, 则 还 做 更 多的 研 究 来 减 少 的含量 , 而 消 除它 聚集成 块 的 问题 和沉 降问题 , 从 以及 控 制 中 间 合 金 和最 终 熔 体 中 的 形 态 与 结 构 .
4 晶粒 细 化 剂 在 铸 造 中 的 应 用 为 了 对 工 业 上 应 用 的 不 同 铸 造 过 程 有效 地 细 化 晶 粒 , 根 据 不 同 的 接 触 时 间 和 搅 拌 程 应
度 对 中 间 合 金 和 所 含 粒 子 进 行 调 整 .这 将决 定 粒 子 是 部 分 地 溶 解 还 是 完 全 地 溶 解 , 及 它 以 们 是 怎 样 分 布 在 熔 体 之 中 的 . 对 于 半 连 续铸 造 , 要 这 样 的 中 间 台 金 , 含 有 小 的 n扎 粒 需 它 子 , 快速 溶解与分 散 , 含有 广泛分 布的未 聚集成块 的 T 粒 子 , 能 他 B能 有 效 地 溶 解 . 对 于 成 型 铸 造 铸 件 而 言 , 采 用 较 大 的 TA 3 子 , 在 饼 状 中 间 台 金 中 存 在 的 聚 集 成块 的 TB 可 /1粒 但 j'
存 的 c反 应 生 成 TC, i 由于 ^ J和 TC之 间 存 在 晶 体 取 向附 生 关 系 , 结 晶 学观 点 出 发 有 利 于 i 从 a一^ 成 核 .但 是 最 近 Moat Culsi 试 验 证 明 ,i 子 在 铝 液 中 是 不 稳 定 的 , 与 J hny和 , z k 等 r e TC粒 它
4 04 ) O 04
晶粒 细 化是 提 高铝 合 金 力学 性 能 的 重 要 途径 之一 . 目前 , 业 用 工
晶粒 细 化剂 通 常是 含有 不 同 量其 它 元 素 的 A-i 台 金 或盐 类 .文 章 主要 阐 述 1 基 T 了现有 细化 荆 的类 别 , 优缺 点 , 化 机理 以厦 其 在 铸造 中的 应用 . 细 关键 词 晶 粒细 化 荆 铅 台金 细化 机 理
. 量 过 多 将 使 TA r i ib质 点 加 快 聚 集 和长 大 , 由 于 TA 的密 度 比铝 液 太 , 会 从 铝 液 中沉 淀 并 iL 故 出来 , 以致 不 能 再起 到 非 自发 生 核 的作 用 .
3 2 碳 化 物 粒 子 理论 . Cb l iua和 Jns提 出 了碳 化 物 粒 子 理 论 . 他们 认 为 在 通 常 的 A — 中 , 与 熔 体 中 残 oe l 钛
之 , 核后 的晶粒生 长不是太 快 , 则 , 先形 核 的晶粒 很快 生长 , 吞 食一 些形 核 晶点 , 形 否 首 会 使 这 些 晶 点 不 能 进 一 步 形 核 结 晶 .然 而 , 圆 满 地 解 释 晶 粒 细 化 剂 的 作 用 还 有 很 多 用 难 .下 要 面我们来讨 论 一下现在 主要存在 的几种细 化机理 . 3 1 包晶理论 . 在 变质处 理时 , 化剂会 发生如下 反应 : 细 3 TF K2 i 6+4 t= 3 i+4 t ~+6 F A T AY K () 1
核 " 语 来 描 述 这 个 过 程 .J 通 过 计 算 钛 在 熔 体 和 T 中 的 活 性 ,oe 指 出 了 钛 原 子 将 术 . j Jns 在 T 与 熔 体 的界 面 上 发 生 偏 析 , 溶解 的 钛 量 超 过 临 界 值 . 这 个 偏 析 导 致在 T 表 面 形 j 使 成 一 个 稳 定 的 原 子层 . 由 于 偏 析 层 是 钛 在 铝 中 的 固熔 体 , 以 断 言 , 在 纯 铝 的 熔 点 以 上 能 可 他 保持 稳定 , 即在 铸 造 之 前 就 预 先 存 在 . 当 温 度 降低 时 , 个 偏 析 层允 许 在 不 形 核 的过 冷 条 件 这
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中间合金 型细化 荆细化效果 最好 , 添加 量小 , 其 收效 快 , 加 方便 , 效 性 好 . 加 入 此 类 添 长 细 化 剂 后 铝 熔 体 即 使 温 度 偏 高 , 降 至 浇 铸 温 度 后 浇 铸 , 化 效 果 仍 很 好 , 其 生 产 工 艺 较 再 细 但
复杂 , 格 偏贵 . 价
相 对 铝 平 面 间距 接 近 , 以 成 为 d l 可 —A 晶粒 的 异 质核 心 " , Al 相 图可 知 , 含 量 超 由 — 当 过 0 1% 后 , 68 发 生 包 晶 转 变 : .5 在 6℃
+ T 3 a( I i 一 Al A)
() 4
其 中 n 和 a A1在 (0 ) J ( l) l 上 存 在 良 好 的 共 格 关 系 , 原 子 可 以在 几 个 ( ) 01 ^ 和 10 A 面 铝
2 B 4+3 I= B A KF A 2 I+2 I AF3+2 F K 2 B 4+2 i+S g= TB K F T A i2+ T I i 3+2 l3+2 F A AF K
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生 成 n , A , ln 等 化 台 物 , 些 化 合 物 不 但 熔 点 高 , 且 它 们 的 最 密 集 面 闯 距 与 这 而
们的细化 效果 . 2 1早 由英 国 F S C O E O公 司 生 产 , 粉 末 冶 金 方 法 将 10 目以 下 的 高 纯 钛 粉 , 类 与 用 0 盐 少量抗 氧化剂 , 原 剂 , 接剂经 充分混台 后压制 而成 , 还 粘 呈块 状 , 中含 4 % 和 4 B 其 o % . 钛 剂 细 化 效 果 显 著 , 使 铸 态 晶粒 度 达 到 1 可 ～2级 , 高 了合 金 的抗 裂 纹 能 力 , 善 铝 合 提 改 金 的挤 压 塑 性 , 压 速 度 可 提 高 3 .其 密 度 比铝 熔 体 大 , 人 炉 中 可 自沉 , 格 比 较 便 挤 0% 投 价 宜 , 用 简单 . 但 其 长 效 性 差 , 且 极 易 吸 潮 , 粉 易 氧 化 , 要 真 空 包 装 . 使 并 钛 需
非常失 配的熔 质 , 能发生超形 核 . 不 钛 原 子 尺 寸 与 铝 的 非 常 接 近 , 此 有 利 于超 形 核 .超 形 核 理 论 在 许 多 方 面 都 有 说 服 力 , 因 用 他 可 以 解 释 A —T —B在 晶 粒 细 化 中 的 许 多现 象 , 在 某 些 方 面 还 需 要 有 检 测 基 础 来 支 l j 但 持.
1 前
言
在生 产 高 质 量 铝 制 器 时 , 常 需 要 严 格 控 制 铸 造 组 织 . 细 晶 粒 的 铸 造 组 织 在 技 术 和 经 常 济 方 面 有 很 多优 点 , : 向 异性 小 , 工 时 变 形 均 匀 , 偏 聚 在 晶 界上 的 杂 质 和低 熔 点 共 晶 如 各 加 使