铝硅合金细化处理的研究进展
铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状
铝合金细化剂的研究现状及其中共晶硅的变质研究现状目前人们已经对铝合金有了较多的认识甚至是较深入的了解，通常人们为了提高铝合金的力学性能，通常要对铸铝中的初生硅相经行处理，晶粒细化剂是铝合金生产中常用的添加剂之一能显著提高铝合金的力学性能和机械加工性能对铝合金的生产具有十分重要的意义。
根据Hall-Petch公式可知材料的屈服强度和材料的晶粒大小成反比，细小的晶粒尺寸可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能对于铝在各行业的应用均具有重要的意义。
目前，细化铝合金晶粒的方法主要包括以下4种方法：1、控制金属凝固时的冷却速度; 2、机械物理细化法包括机械振动机械搅拌等物理场细化法; 3、如电场磁场超声波处理等; 4、化学细化法,向合金中加入各种晶粒细化剂促进铝及合金的形核或抑制晶核长大。
在工业生产中细化晶粒尺寸最常用的方法是化学细化法即在熔融的铝液中加入晶粒细化剂起到异质形核的作用进而细化晶粒尺寸。
20世纪四五十年代，晶粒细化剂起源于英国的Cibula金属研究协会，这时的细化剂主要是Ti、B盐块剂。
20世纪60年代由于无芯感应炉的应用中间合金的生产及应用取得飞速发展相继出现了Al-Ti-B锭华夫锭等相关产品，20世纪70年代是铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B丝有效提高了晶粒细化效果降低了细化剂的加入量，同时改善了TiB2在炉内的团聚现象。
在20世纪七八十年代晶粒细化剂生产工业的研究方向主要是通过改善Ti/B配比优化细化效果。
20世纪90年代细化剂的生产开始采用ISO9002为基准的技术措施大大提高了Al-Ti-B的细化效果，同时由于硼化物仍然存在一定的团聚现象，影响细化剂的使用效果，从而采用一定量的石墨代替细化剂中的B制得的Al-Ti-B中间合金不仅具有较好的细化效果同时避免了硼元素的团聚现象。
现在常用的细化剂有Al-Ti-B中间合金、Al-Ti-B-RE、Al-5Ti-1C中间合金。
目前工业生产中使用的晶粒细化剂主要为Al-Ti-B，这种细化剂制备工艺较为成熟质量日益提高具有较好的细化效果，但存在TiB2团聚等问题仍需要不断改进作为改善Al-Ti-B细化效果，作为改善Al-Ti-B细化效果的Al-Ti-C和Al-Ti-B-RE细化剂也逐渐进入铝合金生产企业的视野，但是Al-Ti-C的制备过程复杂成本较高在现有条件下并不适合大规模工业生产，而Al-Ti-B-RE中由于加入了RE 元素导致其细化机理和工艺复杂化。
Al—Si系合金铸态晶粒细化技术的研究进展
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？上大《ActaMater》搞清楚了！铝硅合金晶粒难以细化的根源
上大《ActaMater》搞清楚了！铝硅合金晶粒难以细化的根源导读：细晶强化可同时提高合金强度和塑性，铸铝行业通过添加细化剂来提高铸件的品质和性能已成为常规工序。
然而，传统Al-5Ti-B细化剂易被硅元素毒化，使铸造Al-Si合金难以被有效细化，这是铸铝行业的老难题。
本文采用多尺度（Å~mm）的表征及计算手段，详细研究了Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点与铝基体间的界面特征，考察了凝固过程中细化相组成的演变规律，提出了与传统认识不同的新机理，即硅毒化的根源是溶质Si向TiB2颗粒表层的偏聚，并非硅化物的析出与包覆。
这为解决Al-Si合金细化难的工程问题奠定了理论基础。
Al-Si系合金是种类最多、使用量最大的一类铸造铝合金，被广泛用于制造汽车车身薄壁件、发动机部件、传动系统部件、复杂外形的散热器、油路管道等。
然而，若不做任何处理，Al-Si合金中粗大的α-Al树枝晶及大量脆性Al-Si共晶组织会极大削弱合金的强度与塑性。
通过添加含有形核质点的细化剂合金来调控凝固过程中α-Al的形核与长大，细化凝固组织来提高材料强度和塑性，已成为铸铝工业中的常规工序。
然而，Al-Si系合金至今仍是一类较难被细化的铝合金。
当Si浓度大于5 wt.%时，传统Al-Ti-B细化剂的细晶效能被显著削弱，该现象为硅毒化效应（Si poisoning effect）。
60多年来，人们始终未能弄清硅毒化效应的发生根源和机理，极大制约了新型抗毒化铝硅合金细晶剂的开发，限制了铸造铝硅合金强度和塑性的进一步提升。
上海大学李谦教授团队与通用汽车中国研究院胡斌博士、燕山大学聂安民教授合作，采用球差透射电镜表征Al-10Si/Al-5Ti-B铸锭中形核质点（TiB2）和α-Al间界面的原子结构与元素分布，首次发现了Si原子在TiB2/α-Al界面的偏聚现象。
结合相图热力学计算（CALPHAD）、第一性原理计算，详细评估了形核界面处硅化物形成的可能性，并深入考察了Si偏聚对形核基底原子有序性及α-Al外延形核难易程度的影响。
6班-铝硅合金的细化和变质处理实验报告
1．实验目的1)熟悉铸造铝硅合金的熔炼、精炼、细化和变质处理的过程；2)掌握铸造铝硅合金精炼、细化和编制处理的基本原理及方法；3)掌握细化剂和变质剂对铸造铝硅合金的影响。
2．实验内容1)对熔融的Al-7Si合金进行细化处理；2)对熔融的Al-7Si合金进行变质处理；3)在光学显微镜下观察，评价合金的细化和变质处理效果。
3．实验原理3.1 铝硅合金晶粒细化技术及其机理铸造铝合金铸态时通常呈现三种不同的晶粒状态：等轴晶、柱状晶和枝状晶。
有目的地一直柱状晶和枝状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫做晶粒细化处理。
晶粒细化是通过控制晶体的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。
而形核质点主要有两种来源：一是包括快速凝固法、动力学方法和成分过冷法等的内生形核质点，二是向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。
目前，添加细化剂成为生产过程中最有效、最实用的方法。
对于铝硅合金，通常将细化元素Ti、B以中间合金的形式加入熔体来实现晶粒的细化。
3.2 铝硅合金变质处理技术及其机理铝硅合金中，由于Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，严重的割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而必须采用变质处理工艺，使共晶硅形貌发生变化，提高合金性能。
4．实验步骤1)在两个Al2O3坩埚中分别加入1000g的铝硅合金原料，在电阻炉中升温至720℃，溶化后保温1小时以促进成分的均匀化；2)对精炼处理后的Al-7Si合金教主一组试样；3)向一个坩埚中加入0.03%的B进行晶粒细化处理；4)向另一个坩埚中加入0.03%的Sr进行变质处理；5)1-2人为一组，每个20-30分钟以组为单位浇注试样，为充分观察细化和变质处理的孕育期和衰退期，应至少浇注4组试样；6)对各组试样进行处理，在光学显微镜下观察，评价合金的变质效果，观察晶粒尺寸。
5．实验结果分析5.1 晶粒细化效果分析将实验分成三个实验组，第1组为未加细化剂处理的原料铸型，第2组为加入细化剂处理20min后的原料铸型，第3组为加入细化剂处理40min后的原料铸型。
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
( a) 细化前 ; ( b) 加 0. 2w t % 细化剂 ; ( c) 加 0 . 4w t % 细化剂
F ig . 1 M icrostructure of A l S i casting a lloy be fo re and a fter gra in refined trea t m ent
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175 192 227 184 198 225
2 . 7 6 . 0 8 . 7 2 . 5 7 . 1 7 . 6
晶粒细化后晶粒边界增大。晶界处有大量晶体 缺陷, 如位错和空位, 晶体点阵有严重畸变 , 合金中难
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第 11 期 11 月
V o l 35 N o 11
H EAT TREATMENT OF METALS
N ov e mber 2010
铝硅系铸造铝合金的晶粒细化处理
邱亚东 (中航工业贵阳航空电机有限公司 技术部 , 贵州 贵阳
纤维状 , A l晶粒数量明显增多 , 且显著细化 ; 合金力 学性能 获得显 著提 高 , 抗拉强 度
细化铸造铝合金的晶粒对提高其力学性能, 延长 铸件使用寿命十分重要。用冶金合金化方法细化晶粒 经济、 简便、 实用。往熔融合金中添加高熔点金属或非 金属及其化合物粒子能促使增加结晶凝固时 的形核 率 , 从而使晶粒细化。本项研究着重探讨添加氟硼酸 钾和氟钛酸钾细化铝合金晶粒的效果。
表 1 反应形成的硼 、 钛、 铝化合物的点阵常数 [ 2] Tab le 1 Lattice constan t of B, T i and A l compound[ 2]
析 , 铸锭试样进行金相分析、 拉伸试验。细化剂加入量 ( 质量分数, 下同 ) 分别为 0. 2 %和 0 . 4% 。图 1 所示为 细化处理前和处理后铸锭的显微组织。由图 1 可以看
铝硅合金细化处理的研究进展
图 2 喷射沉积 A-l 25S i合金铸态金相组织
图 1 Na变质正常的铸态金相组织
2 喷射成形
喷射成形法是利用高速高压的惰性气体将液态金 属雾化成不同尺寸的熔滴, 并随雾化气体高速飞出雾 化区, 随后熔滴被一基板截断, 并在基板上沉积, 凝固 成结合良好的接近完全致密的坯件, 也称为喷射沉积 技术 [ 9] 。喷射成形工艺包含两个过程, 一是将合金液 雾化成细小液滴, 小液滴在高速飞行过程中与气体发 生对流和辐射散热, 获得一定的过冷度或发生凝固; 二 是金属液滴的沉积过程。合金液滴在到达沉积端面时 大部分处于半固态并具有较大的动能, 它们会与基板 发生碰撞、扩展和快速凝固, 同时还发生了复杂的物理 和化学变化。这个过程是喷射成形技术中最关键的部 分, 直接导致沉积坯特殊的组织与近终形的优势 [ 10] 。
图 3 电磁铸造加 P+ S r变质处理的铸态金相组织
3. 2 超声波处理 超声波处理是一种新型的熔体处理方法, 通过对
熔体进行超声波处理, 液体金属受到周期性交变声场 的作用, 产生空化效应和声流效应, 两者共同作用能够 显著地改善合金的凝固组织, 细化晶粒, 提高合金化学 成 分的 均 匀 性, 同时 还 能 清 除 熔体 中 的 气 体 和 杂
3 熔体处理
用电磁搅拌和超声波处理技术的方法, 通过对合 金熔体作用, 来改变初晶 S,i 从而有效地提高铝硅合金 的性能是目前铝合金铸造方面的研究热点。
3. 1 电磁搅拌 将电磁场引入铝硅合金铸造过程, 通过特定的物
理效应, 借助静磁场对旋转金属熔体产生的电磁搅拌 作用来改善凝固组织, 控制偏析来改善铸坯质量, 实现 材料组织与性能的改善及工艺过程的优化。
V ives尝试了利用交流电流和静磁场产生的电磁 振动来细化铝硅等铝合金的凝固组织, 并提出在铝合 金的连续铸造过程中, 采用交流和直流磁场共同作用 来控制铝合金的凝固组织的设想。 Rad ja i等研究了强 磁场和交流电流产生的电磁振动对亚共晶和过共晶铝 硅合金的细化效果。文献 [ 13]报道称, 对过共晶 A -l S i 合金进行电磁搅拌后, 针状或多边形状初晶 S i变得细 小、圆整, 且分布均匀, 针状及条状第二相发生断裂, 长 度减小, 形状圆整而细小, 分布也趋于均匀, 合金的力 学性能也有很大提高。通过研究发现, 对 A -l 17. 5S i合 金来说, 电磁搅拌最佳效果是在搅拌电压为 50 V 的条 件下, 合金力学性能最好。文献 [ 14] 研究表明, 采用 620 电磁搅拌与 P + Sr变质结合的方法, 使初晶硅有 板片状变成 A -l S i共晶组织 ( 如图 3所示 )。
不同成分铝硅合金熔体混合对初生硅相细化的研究_叶春生
研究与开发收稿日期:2001-07-18收到初稿,2001-11-07收到修订稿。
作者简介:叶春生(1970-),男,江苏泰兴人,硕士,主要研究方向是注塑模具结构设计和CNC 编程。
不同成分铝硅合金熔体混合对初生硅相细化的研究叶春生1,宋俊杰2,张新平3,潘 冶4(11康佳集团股份有限公司,广东深圳518053;21洛阳自来水公司洛南水源,河南洛阳471023;31吉林大学南岭校区材料科学与工程学院,吉林长春130025;41东南大学机械工程系,江苏南京210096)摘要:研究了高温过共晶A-l Si 合金熔体和低温亚共晶A-l Si 合金熔体混合后对微观组织的影响。
结果表明:熔体混合并迅速搅拌后的初晶硅大大细化,在2min 内浇注,可以获得分布均匀且尺寸小于25L m 的初晶硅;随着熔体保持时间的延长,初晶硅的尺寸有增大的趋势。
探讨了对硅相的细化机理。
关键词:过共晶A-l Si 合金;熔体混合;硅相细化;保持时间中图分类号:T G113112 文献标识码:A 文章编号:1001-4977(2002)03-0145-03Investigation on Refining Granules of Prim ary Si Phase byMelt Mixing with Different Components of A -l Si AlloysYE Chun -sheng 1,SON G Ju n -jie 2,ZH AN G Xin -ping 3,PAN Ye 4(11Kon ka Group Co.Ltd.,Shenzhen 518053,Guangdong,China;21Luoyan g water supply compan y (Luonan fou ntain),Luoyang 471023,Henan,China;31College of Materials Science an dEngineering,Jilin U niversity (Nanling Campus),C han gchu n 130025,Jilin ,Chin a;41Departm ent of Mechanical Engineering,Southeast University,N anjin g 210096,Jiangsu,China)Abstract:Effect of melt treatment by m ixing the high tem perature hypereutectic A -l Si alloy melt and thelow tem perature hypoeutectic A -l Si alloy m elt on microstructure is investigated in this paper.It is fou ndthat primary Si granules have been greatly refin ed in the optimum m elt mixing condition.Primary Si part-icle size is reduced to 25L m poured in two min utes,the alloy microstructure has been obviously improved.With the exten ding of holding tim es,Primary Si particle size has a tendency of grain growing.The mecha -nism of refinin g gran ules of prim ary Si phase is also studied.Keywords:hypereutectic A-l Si alloy;melt mixing;refin ing of si phase;holding time 过共晶A-l Si 合金的导热性好,热膨胀系数小,尺寸稳定性和耐磨耐蚀性好,有足够的高温强度和弹性模量,是制造汽车发动机活塞的理想材料,日本已应用在载重汽车和小轿车上,有逐渐取代灰铸铁的趋势112。
过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展
过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展
董天顺;马庆亮;付彬国;李晶琨;李国禄;陆鹏炜
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】过共晶铝硅合金因其耐磨性能良好而受到关注,但组织中含有粗大的初晶硅和针状的共晶硅,限制了其进一步广泛使用。
本文综述了当前过共晶铝硅合金中硅相细化的一些方法,如合金化、变质处理和改进制备工艺等。
其中重点介绍了合金化对过共晶铝硅合金中组织的作用;然后对各种变质剂的细化效果进行了对比分析;并讨论了改进制备工艺对硅相尺寸和形貌的影响;最后指出未来的研究方向应集中开发出适用于广泛使用的新型复合变质剂,并通过变质和改进制备工艺相结合,获得性能更加优异的过共晶铝硅合金。
【总页数】7页(P1-6)
【作者】董天顺;马庆亮;付彬国;李晶琨;李国禄;陆鹏炜
【作者单位】河北工业大学材料科学与工程学院;河北省新型功能材料重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TG243;TG292
【相关文献】
1.过共晶铝硅合金中初生相细化的研究进展
2.钠盐变质铝硅合金中的共晶硅相
3.过共晶铝硅合金中初晶硅复合异质形核的研究
4.过共晶铝硅合金中铝硅共晶相取向关系
5.过共晶铝硅合金中初晶硅的变质机理探讨
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铸造铝硅合金细化变质处理的研究进展_姚书芳
铸造
姚书芳等 :铸造铝硅合金细 化变质处理的研究进展
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者都对过共晶铝硅合金的双重细化变质处理进行了研 究 , 他们使用磷 、 硫 、 稀土 、 锶 、 钠 、 碳等进行复合 变质〔4, 11 ～ 14〕 , 取得了良好的效果 。
迄今为 止 , 亚共晶铝 硅合金的变质 元素除钠以 外 , 还有锶 、 碲 、 钡 、 锑 、 钾 、 稀土 、 硼 、 硫等 。其 中 , 应用较多的是含钠和锶的变质剂 。 变质处理从根 本上改变了铝硅合金中硅相的生长方式 , 使之从片状 转变为纤维状 , 大大改善了铝硅合金的组织 , 提高了 力学性能 。锶比钠更好的提高了铝硅合金的伸长率和 冲击韧性〔15 ～ 17〕 。实际生产中使用的变质剂主要是钠 盐 、 锶铝合金 、 稀土 、 赤磷及含磷中间合金 。基于复 合变质 (双变质 、 联合变质)的观点 , 研究人员最近 开发了锶 盐复合 变质剂〔18～ 20〕 , 它 具有双 重变 质作 用 , 并且可以细化合金中的铁相和 M g2Si 相 (见图 1 所示), 提高合金的力学性能 (对于 Z L109 合金 , 其 常温抗拉强度提高 10 ～ 20M Pa , 高温抗拉强度提高 20MP a 以上)。该变质剂的有效变质时间长 , 重熔性 好 , 加入量少 , 污染小 , 因此在使用时劳动条件好 , 变质效果稳定且成本低 。
1 铝硅合金硅相组织的细化变质
目前对铝硅合金中初生硅相细化处理的方法有 : 添加细化剂 (变质剂) 法 、 超声波振动法 、 急冷法 、 低温铸造法 、 熔液加压铸造法等 。 其中研究较多的方
法是添加细化 剂 (变质剂) 法〔4～ 7〕 。 人们通 常使用 赤磷或含磷的中间合金变质过共晶铝硅合金 。为了在 工艺上控制磷的加入量和提高磷的吸收率 , 也有许多 人使用磷的化合物 (如 PCl5 、 PCl 或 PN Cl2 等)细化 初生硅〔4 ～ 7〕 。
高硅铝合金中初晶硅的细化研究
高硅铝合金中初晶硅的细化研究高硅铝合金中初晶硅的细化研究，听起来好像很深奥，其实不然，咱们用一种轻松的方式来聊聊这事。
大家可能会好奇，什么是高硅铝合金，初晶硅又是个什么东东？别急，慢慢来！高硅铝合金说白了就是一种铝合金，它含有比较多的硅成分。
硅的加入让这种合金不仅坚硬，而且耐高温，甚至可以让一些机械零件在高温环境下依然能“顶住”。
而初晶硅嘛，就是在金属液体冷却时，最早结晶出来的硅元素。
它们看上去像是刚出生的小宝宝，散布在合金的晶体结构里，看似不起眼，却对整个合金的性能有着举足轻重的影响。
好啦，讲到这里，大家是不是觉得高硅铝合金中初晶硅的细化有点意思了？那我们就继续聊聊怎么去“细化”这些初晶硅吧！初晶硅在铝合金里占的位置可不小，它不仅影响合金的强度，还会直接决定合金的耐腐蚀性和加工性能。
想象一下，初晶硅像是一块块小石子，分布在合金的“池塘”里。
要是这些小石子分布得太不均匀，那整个池塘的水流就会受到影响，甚至会影响到鱼的生长。
咱们就是要想办法让这些小石子变得更小、更均匀，让池塘里的水流更加平稳，鱼儿游得更加自在。
怎么细化这些初晶硅呢？有人会说，可以加点其他的元素进去。
这种方法也算是个“妙招”，比如加入钙、锆等元素。
这些元素就像是合金里的“助攻”，它们能够帮助硅颗粒分散、细化，避免硅颗粒长得像大石块一样，让整个合金变得更加均匀。
加钙、加锆的做法，不仅能细化硅颗粒，还能提升合金的力学性能，简直是两全其美的好事儿！不过，说到这里，大家可能会想，细化初晶硅就这么简单吗？可不是这么简单。
因为，细化不仅仅是加点儿东西就行，还得控制温度和冷却速率。
你想啊，要是冷却得太快，合金里温度一瞬间降低得太猛，初晶硅反而会变得更粗，甚至可能形成一些不规则的大块。
相反，冷却得太慢，合金又容易产生其他的不良结晶。
所以，合适的冷却速度就像做菜时的火候，不宜过猛，也不宜过缓，得掌握好度。
再说了，细化初晶硅的另一个妙招就是通过机械加工，比如使用超声波或者是强烈的搅拌。
强磁场对Al-Si合金凝固组织的细化研究意义
工 程 技 术73科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/j.c n k i.1672-3791.2017.29.073强磁场对Al-Si合金凝固组织的细化研究意义林东来(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350000)摘 要:Al-Si合金是目前使用较为广泛的工程材料，其具有良好的耐磨和耐热等性能及易于铸造和流动性好等一系列优良特点，它主要应用于汽车、摩托车等发动机活塞材料。
当前采用强磁场对Al-Si合金的晶粒进行细化，提高铝硅合金的性能和质量的意义深远。
本文概括当前在强磁场下制备Al-Si合金的工艺研究并综合分析强磁场对Al-Si合金性能的影响。
关键词:Al-Si合金 强磁场 细化中图分类号:TG146文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)10(b)-0073-02如今我国经济已经进入快速发展阶段，节约资源、创新技术与发展绿色循环经济已成为人们关注的热点。
随着工业、制造业的发展，材料科学也迅速发展，特别是生产领域上工程材料的广范运用，工程材料的性能(硬度、耐磨性、韧性等)也越来越受到人们的关注与研究。
A l-S i合金，它是一种轻质金属材料，因其具备良好的耐磨和耐热等性能及易于铸造和流动性好等特点被人们所关注。
为了获得更好的共晶合金材料，对细化合金的凝固组织进行研究是有必要的。
近些年来研究发现，在磁场下由于磁化力和洛伦兹力的作用对合金的凝固组织产生影响，将强磁场作为一种A l-Si合金改性手段，其性能得到了显著提高。
1 强磁场对Al-Si合金细化处理的特点随着研究对A l-S i合金变质细化处理的不断深入，人们正努力寻找可以细化铝硅合金的方法。
恰巧在研究材料电磁过程中发展了强磁场材料科学，便有研究人员尝试在A l-Si合金的凝固过程中使用磁场的方法[1]，通过对材料处理过程中增加电磁场的手段，达到细化合金凝固组织。
铝及铝合金晶粒细化剂的研究进展
产生 的 附着在 Ｔ ｉ Ａ Ｉ 表 面 的 包 层停 止长 大 ，所 以 发挥 了细 化铝晶粒 的作用 包 品反 应理论只有 往保 证 铝液 中有残余 的 Ｔ ｉ Ａ ｌ 相及 ｒ ｒ ｉ 质 量分数 足够高 的 时候 才能确 保发挥 作用 ．无法 解释 当］ ＿ 业 应用 中 Ｔ ｉ
为我 经 济发展中不可 或缺的基础性 材料 ？随着锅 材 高新技 术领域 的应 用 ，后续加 Ｉ 对钒材组织和
元素的盐 （ Ｋ Ｔ ｉ Ｆ 和Ｋ Ｂ Ｆ ） 直 接加 入到熔 融的销 中．
反应后生成 Ｔ ｉ Ａ １ 相和 ｒ ｒ ｉ Ｂ ， 相 ，以起￣ １ １ ￣ １ １ ］ 化组 织 的
作用 ． 此产 品具 有一 定的细化能力 ，但细化效果 均匀 ，细化衰退非 常明显 ， Ｌ 艺参数难 以控 制 ，ｒ ｒ ｉ 和 Ｂ利 用率 很低 ，对 环境 、炉 体腾 蚀严 重 ，
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铝 合金 细 化剂进 入 中间合 金 型时 代 ：最 』 于 发 的 是Ａ ｌ — Ｔ ｉ 二元合金 ，该细化刹 的细化能 力比盐类 细
化剂有 了明显提高 ，而 且 ， 、 １ 一 Ｔ ｉ ■厄 中Ｉ １ ＿ ｉ Ｊ 合 金价 格 便 宜 、贮 藏 和运 输都 非 常 ‘ 便 ，使州 简单 ～但 是
川 场细化法处理 的金属纯 净度 高 ，但需要 的生 产设 备较 复杂 ，能耗高 ；机械 物理细 化法操 作复杂 ，细 化效果 稳定 化学方法是通过 添加品粒细化剂 ， 促进 品粒形 核或 阻碍品核 长大来达 到细 品的 目的 。 ｝ １ 前 ，在铝熔 体中添加 品粒细化剂被认 为是锅加］
Al-Si合金的细化
晶粒细化剂的加入一般采用中间合金的方式。 常用晶粒细化剂有以下几种类型：二元Al-Ti合金、 三元Al-Ti-B合金、Al-Ti-C合金以及含稀土的中间 合金。它们是工业上广泛应用的最经济、最有效 的铝合金晶粒细化剂。这些合金加入到铝熔体中 时，会与Al发生化学反应，生成TiAl3、TiB2、 TiC、B4C等金属间化合物。这些化合物相在铝熔 体中以高度弥散分布的细小异质固相颗粒存在， 可以作为α-Al形核的核心，从而增加反应界面和 晶核数量、减小晶体生长的线速度，起到晶粒细 化的作用。 晶粒细化剂的加入量与合金种类、化学成分、 加入方法、熔炼温度以及浇铸时间等有关。若加 入量过大，则形成的异质形核颗粒会逐渐聚集， 由于其密度比铝熔体大，因此会聚集在熔池底部， 丧失晶粒细化能力，产生细化效果衰退现象。
晶粒细化剂加入合金熔体后要经历孕育期和 衰退期两个时期。在孕育期内中间合金完成熔化 过程并使起细化作用的异质形核颗粒均匀分布并 与合金熔体充分润湿，逐渐达到最佳的细化效果。 此后，由于异质形核颗粒的溶解而使细化效果下 降；同时异质固相颗粒会逐渐聚集而沉积在熔池 底部，出现细化效果衰退现象。当细化效果达到 最佳值时进行浇注是最为理想的。随合金的熔炼 温度和加入的细化剂种类的不同，达到最佳细化 效果所需的时间也有所不同，通常存在一个可接 受的保温时间范围。
铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势
铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势铝合金晶粒细化是一项重要的研究领域，对于提高铝合金的力学性能和抗腐蚀性能具有重要意义。
随着材料科学和工程技术的发展，铝合金晶粒细化技术也在不断发展和完善，取得了一系列研究进展。
本文将以铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势为主题，探讨目前的研究状况和未来的发展方向。
一、研究进展1.1 传统晶粒细化方法传统的晶粒细化方法主要包括热处理、变形加工和添加合金元素等。
热处理可以通过控制铝合金的退火温度和时间来实现晶粒细化。
变形加工可以通过压力变形或拉伸变形等方式，使晶粒发生塑性变形，从而实现晶粒细化。
添加合金元素可以通过改变铝合金的化学成分，促使晶粒细化。
然而，这些传统方法存在一定的局限性，无法满足对铝合金晶粒细化的精确控制需求。
1.2 新型晶粒细化方法近年来，随着纳米技术和材料科学的不断发展，一些新型的晶粒细化方法被提出并逐渐应用于铝合金的研究中。
例如，激光冲击处理可以通过激光脉冲的作用，使铝合金表面产生高温、高压等条件，从而实现晶粒细化。
超声波处理可以利用超声波的振动作用，促进晶粒的再结晶和细化。
电磁场处理可以通过外加电磁场的作用，改变铝合金的晶界能量和晶界迁移速率，从而实现晶粒细化。
这些新型晶粒细化方法在提高铝合金的力学性能和抗腐蚀性能方面具有潜力。
1.3 晶粒细化机理研究晶粒细化机理的研究是铝合金晶粒细化研究的关键。
目前，晶粒细化机理研究主要集中在动力学和热力学两个方面。
动力学研究主要探讨晶粒的再结晶和晶界迁移等过程，通过实验和模拟方法分析晶粒细化过程中的相变行为和晶界迁移速率等参数。
热力学研究主要探讨晶粒细化过程中的相变行为和晶界能量等参数，通过理论计算和实验测量等方法分析晶粒细化的驱动力和限制因素。
晶粒细化机理的深入研究可以为铝合金晶粒细化技术的发展提供理论基础和指导。
二、发展趋势2.1 精确控制晶粒细化随着材料科学和工程技术的发展，精确控制晶粒细化是铝合金晶粒细化技术的发展方向之一。
A356铝合金晶粒细化的研究
A356铝合金晶粒细化的研究介绍了A356铝合金几种常见晶粒细化的方法，包括物理晶粒细化法和化学晶粒细化法，分析了细化机理，着重介绍几种晶粒细化剂和变质剂对铝合金组织和性能的影响。
细化晶粒组织是提高铝合金材料力学性能的有效途径之一，对开发优质铝合金材料有重要的意义。
标签：铝合金；晶粒细化；细化机理1 前言A356为常用的铸造铝-硅-镁系合金，因其具有流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小等特点，经过晶粒细化和热处理后，抗拉强度、屈服强度、断后伸长率等各方面的性能得到相应的改善，被广泛于工业、交通、农业等部门，尤其是应用在汽车零配件中[1]。
铝合金的机械性能与其显微组织中的晶粒大小和共晶硅形态紧密相关[2]。
铝合金的晶粒尺寸和形态特征决定着铝合金的性能，细小、均匀的晶粒组织，可以有效地提高材料的强度和韧性，同时改善合金的机械加工性能，是获得良好的综合性能的保证。
在铸造A356铝合金的过程中，由于铸造温度高，α-Al基体晶粒显得粗大，硅的形态呈粗大的片状结构，容易生成粗大的针片状或板状共晶硅，铝合金基体容易被割裂，成分偏析且各相之间分布极不均匀，造成局部区域的应力集中，产生裂纹源，使铸造合金的力学性能和加工性能恶化[3]。
没有添加任何晶粒细化处理和变质剂的A356铝合金，基体组织晶粒比较粗大，整体力学性能较差。
因此，对铝合金进行晶粒细化，是获得优良的铝合金材料的重要保证。
2 铝合金晶粒细化的主要方法2.1 铝合金晶粒细化的本质晶粒细化的本质是抑制铝合金晶粒组织的长大过程。
在铸造过程中，细化晶粒方法有很多，大致可以分为两大类：通过物理方法细化、通过化学方法细化。
其中物理晶粒细化法是借助电磁搅拌或者快速凝固等技术来增加合金本身晶核的数量或抑制晶体长大；化学晶粒细化法是在铝合金熔炼过程中，往铝液中加入各种中间合金细化剂，在溶体中生成大量异质形核核心，可使铝合金具有细小等轴晶粒，各方向的力学性能差异小，可以改善其力学性能和加工性能，达到细化铝合金晶粒的作用，这种方法所需的生产设备和工艺比较简单，是工业上最为常用的细化方法[4]。
铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势
铝合金晶粒细化的研究进展与发展趋势铝合金晶粒细化是一种重要的材料加工技术，其可以显著提高铝合金的力学性能、耐腐蚀性能和成形性能。
本文综述了目前铝合金晶粒细化的研究进展和发展趋势，主要包括以下几个方面：
1. 传统晶粒细化方法：包括挤压、拉伸、等通道转角挤压、旋转挤压等方法，这些方法可以有效地细化铝合金的晶粒，但同时也存在一些问题，例如难以控制晶粒细化程度、机械性能受到限制等。
2. 新型晶粒细化方法：包括高能球磨、电极化学加工、爆炸冲击等方法，这些方法具有细化效果好、可控性强等优点，但也存在一些问题，例如成本高、难以大规模生产等。
3. 多尺度晶粒细化方法：包括多道次热变形、细晶化等方法，这些方法可以在多个尺度上同时细化晶粒，具有优异的综合性能，但也需要进一步的研究和探索。
4. 人工智能在晶粒细化中的应用：近年来，随着人工智能技术的发展，人工智能在晶粒细化中的应用也逐渐受到关注，例如利用机器学习等技术进行晶粒定量分析、预测材料性能等方面的研究。
5. 晶粒细化的发展趋势：未来晶粒细化技术的发展趋势主要包括以下几个方面：一是多尺度晶粒细化技术的深入研究和应用；二是晶粒细化与其他材料加工技术的结合，例如利用晶粒细化来改善3D 打印件的性能；三是人工智能在晶粒细化中的应用的推广和深化。
- 1 -。
铝硅合金细化变质处理
铝等不动部件。 一些关键运动部件，因工作在高温高压高速运动、
滑动条件下，对材料的性能要求除了相当的强 度之外，还需要有良好的耐热耐磨性及尺寸稳 定性，主要还是采用传统的铸铁、铸钢等铁合 金。
Al-Si系合金结合了Al基体轻质导电导热性好以及 Si 粒子热膨胀系数小、硬度高、耐磨的特点， 有望满足上述要求。实现汽车的轻量化。
铝硅合金细化变质处理
• 五、实验报告要求 • 1．简述实验目的、实验内容与实验原理和
步骤。 • 2．评价A1-7Si合金的细化和变质效果，并
分析影响合金细化和变质效果的主要因素。
二、实验原理概述 1. Al-Si合金概述 如汽车工业，正面临着三大问题：能源、公害及安全，其
中能源问题最为突出节能的有效途径是提高发动机效率， 减少汽车行驶阻力，改善传动机构，降低汽车自重等。 特别是一些关键零部件材料，如汽车发动机连杆、活塞 空调压缩机、叶片等运动部件，其材质轻量化在降低燃 料消耗、尾气排放及噪声污染方面效果尤为显著。轻量 化有两大途径，更改结构设计、缩小零部件尺寸和采用 轻质材料。因此研究开发高性能轻质材料和先进的制备 工艺手段以实现高效节能绿色环保运输机械产品用材将 是21世纪一个重要的发展方向。 铝硅合金熔化后，液体金属的流动性好
B443 .0
S.P 4.5- 0.8 0.15 0.05 0.35 0.35 6.0
C443 .0
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4.5- 2.0 0.6 0.1 0.35 0.5
6.0
铝硅合金细化变质处理
2. 铝硅合金的细化处理 目的：细化合金基体α-Al的晶粒； 晶粒细化是通过控制晶粒的形核和长大来实现的。
细化处理的最基本原理是促进形核，抑制长大。 • 对晶粒细化剂的基本要求是： • (1)含有稳定的异质固相形核颗粒，不易溶解； • (2)异质形核颗粒与固相α-A1间存在良好的晶格
ZL104铝硅合金的细化处理
收稿日期:2000-09-13作者简介:许春香(19642),女,河北省河涧县人,副教授,硕士。
项目基金:山西省自然学基金项目编号2001024.·试验研究·ZL104铝硅合金的细化处理许春香1, 张金山1, 卢卫东2(1.太原理工大学材料学院,太原 030024;2.忻州通用机械厂,忻州) 摘 要:本文研究了Al 25Ti 21B 、Al 23Ti 23B 、Al 2Ti 2C 中间合金对亚共晶铝硅合金Z L104的晶粒细化效果。
结果表明:Al 23Ti 23B 中间合金的细化作用明显优于Al 25Ti 21B ,而Al 2Ti 2C 又优于前两者。
Al 2Ti 2C 中间合金含有大量细小的TiC 相,它具有优异的细化α2A1晶粒的性能,是α2A1有效的异质结晶核心。
关键词:Z L104合金;晶粒细化;细化效果 中图分类号:TG 146.2 文献标识码:A 文章编号:1004-6178(2000)06-0007-04The G rain R ef ining of Z L 104Al 2Si AlloyXU Chun 2xiang 1, ZHAN G J in 2shan 1, L U wei 2dong 2(1.College of M aterial Scince and Engineering Taiyuan U niversity of Techology ,Tai Y uan 030024,China ;2.The CurrentM achinery Factory ,Xin z hou ,China )Abstract :This paper reviews the refinement effect of grains of the master alloy ,Al 25Ti 21B 、Al 23Ti 21B 、Al 2Ti 2C on Z L104,a king of hypoeutectic Al 2Si alloy.The resulits show that the refinement effect of Al 23Ti 21B is evidently superior to that of Al 25Ti 21B ,and that the refinemnt effect of Al 2Ti 2C are better than those of the form two.Al 2Ti 2C master alloy contains a great amount of fine Tic which possess good refinement property on α2Al grains and effective solidification nucleus of α2Al.K ey Words :Z L104alloy ;Grain refinement ;Refinement effect. 对铝硅合金进行晶粒细化处理是提高合金力学性能和加工工艺性能,减少其铸件中缩松、气孔、偏析、热裂等铸造缺陷的有效措施,是当代铝合金加工业普遍重视的课题之一。
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除 了存 在 Ａ—ｉ 晶组 织 之外 ， 会 形 成 粗 大 的多 边 ｌ 共 ｓ 还
形 片状 初 晶硅 。初 晶硅 的存在会 使合金 的机 械加工 性 能与力 学性能 降低 。因此 ， 何 改 变铝 硅 合金 中初 晶 如
献［ ］ １ 研究 了 Ｓ— 间合 金 对 Ａ．４ Ｓ 合 金 的变 质 ｉ Ｐ中 Ｉ ％ ｉ ２
．
铝 硅合金 具有 密 度小 、 膨 胀 系数 小 和 耐磨 性 好 热 的特 点 ， 因此 此类合 金 在 生产 耐 磨 性要 求 高 的工 件 上 得到 了广泛 的应用 。但 是 ， 在传 统 的铸 造工 艺条件 下 ， 随着 ｓ 含量 的 不 断增 加 ， 硅 合 金 在其 凝 固过 程 中， ｉ 铝
Ｎ 和 Ｓ， ａ ｒ合金 中含 ｓ 量越 大 ， ｂ的加 入量 越 大 ，ｂ加 ｉ Ｓ Ｓ 入量 过多 时 ， 出现 过变 质 组 织 ， 会 使初 晶硅 逐渐 变 粗 。 Ｋ 比 Ｎ 具 有更 强 的变质 效果 ， 是变质有 效 时间仍然 ａ 但 比较偏 短 ， 而且对 熔 炼设 备 也 有 一定 的腐 蚀作 用 。文
硅 的尺 寸形貌 ， 高合金 的性能 ， 为铝硅合 金研究 的 提 成
重点工 作 。本 文 系统介 绍 了各 种铝硅 合金 制造过 程 中
初 晶硅 细化 方法 。
１ 变 质 处 理
铝 硅合金 中的共 晶体及其 初 晶硅 的变 质机理研 究
是世 界各 国铝合金 材料 工作者 的一个 重要课 题 。变质
第 ３ 卷第 ２期 １ ２１ ０ １年 ０ Ｌ ４月
矿 冶 工 程
Ｍ Ｉ ＮＧ ＮＩ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ． １ № ２ Ｉ３ Ａｐ ｉ ２ １ ｒ ０ １ ｌ
铝 硅 合 金 细 化 处 理 的研 究 进 展①
刘 杰
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ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｍｏ ｉ ｃ ｔｏ ｎ ｌ ｄ ｎ ｄ ｆ ａｉｎ，ｓ ｒ ｙ ｉ ｐ ａ
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ｆ ｒ ｎｇ，ｓ ｌ ｔｏ ｒ ａｍｅ ，ｓｏ ｎ ｌ ｔ ａ ｔ ｇ ａ ｄ ｈ ｇ ｏ ｉ ｉ ｃ ｔ ｎ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ ｒ ｄ ｅ ｅ — ｏ ｔ ｏ ｓｃ ｓｉｇ Ｉ ｏ ｍｉ ｏｕ ｉｎ ｔ ｔ ｎｔ ｌｐｉｇ ｐ ａｅ ｃ ｓｉ ｎ ｉｈ ｓ ｌｄｆ ａ ｉ ｅ ｅ ａｕ ｅｇ ａ ｉｎｔｓ ｍｉｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｉ ｏ ｎｕ ｎ ｔ ｉ ｏｎ ｅ ｕ ｈ ｔｅ ｈ ｎ ｉ ｇ ｃ ｏｉ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｓｐ ｉｔ ｄ ｏ ｔｔ ａ ｎ ａ ｃｎ ｏ ｌｎ ａ ａ ｉ ｙ，ａ ｈｉｖｎ ｉｈ ｓ ｌｄｆｃ ｔｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｎ ｎ ｅ ｃ ｏｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｅ ｉ ｇ ｈ ｇ ｏ ｉ ｉ ａｉｎ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｄ ｅ ｔａ ｄ ｕ ｄ ｒ ｏ ｌｎ ｈ ｉ
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作用 。通过 变更加 料顺 序 的方 法 ， 加入 硅 之前 加 入 在
Ｓ— ｉ Ｐ中间合金使 其充分 溶解 ， 到最好 的变质 效果 ， 得 研 究发 现温度 是影 响变 质效 果 的最 重要 因素 ， 次是 添 其
加变 质剂 的量和 变质 时问 。稀 土在 铝及铝 合金 中应用 较早 的 国家 是德 国 。近年 来 ， 国内外 对 Ｒ Ｅ变 质 Ａ —ｉ ｌ Ｓ 合金 的研究 报道 较多 ， 土 的变质机 理较 为复杂 ， 稀 普遍 认 为的是稀 土元 素 的原 子 吸 附在 晶体 生 长 前沿 ， 阻碍
中 图分 类 号 ： Ｇ ４ Ｔ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ２ ３— ０ ９ ２ １ ）２一Ｏ １ ０ ０５ ６ ９ （ ０ １ ０ １４— ３
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｃ ｆ ＡＩＳ ｌ ｙ Ｒｅ ｎ ｎ ｅ ｈ ｄ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ・ ｉＡｌ ｆ ｉ ｇ Ｍ ｔ ｏ ｓ ｏ ｉ
晶体 长大 。Ｓｉ Ｘ等人 研 究 了 Ｎ ｈ Ｗ ｄ对 Ａ— ％Ｓ 合 １０ ｉ ２
金 的变质处 理 ，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发现在熔 体 中添加 ０ ３ 的 Ｎ ．％ ｄ可 显著
（ 新疆 众 和股 份 有 限公 司 ， 疆 乌鲁 木 齐 ８ ０ １ ） 新 ３０ ３
摘
要： 系统介绍了铝硅 系合金 的细化处理方法 ， 包括变质处理法 、 喷射成形法 、 溶体处理法 、 斜板铸造技术 、 倾 大凝 固界面温度梯
度半连续铸造法等 。指出在铸造过程中加强冷却 能力 、 获得 高的凝 固界 面温度 梯度和界 面过冷 ， 以显著 细化铝硅合 金及其初 晶 可 硅尺寸 ， 从而获得 高性能铝硅合金 。 关键词 ：铝硅合金 ； 细化 ； 晶硅 初
Ｌ Ｕ Ｊｅ Ｉ ｉ
（ ｉ ｉｎ ｏ Ｗ ｒ ｏＬｄ ｒｍ ｉ ３ ０ ３ Ｘ ｎ ａｇ， ｈｎ ） Ｘ ｎａ ｇＪ ｏｌ Ｃ ｔ ，Ｕｕ ｑ ８ ０ １ ， ｉ ｉｎ Ｃ ｉａ ｊ ｄ ｊ
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