合金中的变质处理

锶变质剂
枝晶组织
枝 最近的研究发现，不只晶粒 晶 粒度影响铸锭的质量和力学性能， 金 枝晶的细化程度及枝晶间的疏松、 偏析、夹杂对铸锭质量也有很大 相 影响。在结晶速度相同的情况下， 图 枝晶细化程度可采用吸附性变质
剂加以改变，形核变质剂对晶粒 内部结构没有直接影响。
原理
好的变质剂剂首先应能保证结晶相在衬 底物质上形成尽可能小的润湿角θ，其次变 质剂还应在液态金属中尽可能保持稳定，并 且具有最大的表面积和最佳的表面特性（如 表面粗糙或有凹坑等）。 因此，对不同的金属应选用不同的变质 剂。例如向铸铁中加入少量硅铁、硅钙、镁、 稀土；向铝硅合金中加入少量钠，向铜合金 中加入少量铋和锂等。
常用的吸附性变质剂
含钠的变质剂 钠是变质共晶硅最有效的变 质剂，生产中可以钠盐或纯金属形 式加入。钠混合盐组成为NaF、 NaCl、Na3AlF6等，变质过程中只 有NaF起作用，其反应如下： 6NaF+Al→Na3AlF6+3Na 目的：一方面是降低混合物 的熔点（NaF熔点992℃），提高 变质速度和效果，另一方面对熔体 钠变质剂 中钠进行熔剂化保护，防止钠的烧 损。 缺点： 钠含量不易控制，量少易 出现变质不足，量多可能出 现过变质；钠变质有效时间 短，要加保护性措施；变质 后炉内残余钠对随后生产合 金的影响很大，造成熔体黏 度大，增加合金的裂纹和拉 裂倾向，尤其对高镁合金的 钠脆影响更大；NaF有毒， 影响操作者健康。
合金中的变质处理
——以铝硅合金为例
简介
理想的铸锭组织是铸锭整个截 面上具有均匀、细小的等轴晶。这 是因为等轴晶各向异性小，加工时 变形均匀、性能优异、塑性好，利 于铸造及随后的塑性加工。要得到 这种组织，通常需要对熔体进行细 化处理。凡是能促进形核、抑制晶 粒长大的处理，都能细化晶粒。变 质处理是铝工业生产中常用于细化 晶粒的方法之一。
定义
变质处理：
向金属液中添加少量变质剂，促进 液体金属内部生核或改变晶体成长过程 的一种方法。
晶粒粗大 延伸性低 抗拉强度低
提高材料性能
晶粒细化 延伸性提高 抗拉强度提高
原理
生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸 附变质剂。
形核变质剂是指加入 金属液中能作为晶核，或 变质前后 虽未能作为晶核，但能与 液态金属中某些元素相互 作用产生晶核或有效形核 质点的添加剂。
工艺&实例
铝合金变质处理所指的就是，在液相加 入变质剂，将Al-Si合金中原本会生长成为 针状的共晶硅，经处理后生长成球状或椭圆 状，借此提高材料的强度和韧性。
人工降雨
人工降雨&变质处理
人工降雨的过程包括三个步骤:
one首先是干冰升华，从固态变成气 态。 two干冰升华后吸收大量热量，使得空 气中的水蒸气凝华形成微小的冰晶。 three空气中的水蒸气以冰晶为凝结核， 继续冷凝成水滴。
细化初晶硅 对于过共晶铝硅合 金,组织中存在着大块 多边形及板片状共晶 硅。含硅量越多,初晶 硅就越多。根据铝硅 合金中不同的含硅量, 加入磷或含磷化合物 进行细化。
第二类变质处理
细化共晶硅 这类变质剂的作用主要是在金属 凝固过程中,由于变质剂元素的熔点较 高,溶解速度较慢,合金元素在结晶过程 中,其一部分高熔点元素做为共晶晶核 存在,使共晶硅晶粒在成长过程中可以 依附较多的晶核,从而达到细化共晶晶 粒的目的。这类变质剂常见的有锶、 稀土、锶—稀土、铝—锶中间合金等。
原理
吸附变质剂的特点是熔点低， 能显著降低合金的液相线温度；原 子半径大，在合金中固溶量小。在 晶体生长时，吸附变质剂富集在相 界面上，阻碍晶体长大，又能形成 较大的成分过冷，使晶体分枝形成 细的缩颈而易于熔断，促进晶体的 游离和晶核的增加。 其缺点是由于低熔点共晶体存 在于枝晶和晶界间，常引起热脆。
空气中的水蒸 气以冰晶为凝 结核，继续冷 凝成水滴。
形核变质剂是指加入金 属液中能作为晶核，或 虽未能作为晶核，但能 与液态金属中某些元素 相互作用产生晶核或有 效形核质点的添加剂。
人工降雨的关键在于形成 凝结核。用干冰来人工降雨的 真正原理是利用干冰升华产生 现在的人工降雨已经不 的超低温，使空气中的一小部 使用干冰，而是使用碘化 分水蒸气直接凝华形成微小冰 银。将碘化银微粒直接撒 晶，然后空气中的大量水蒸气 在空气中，作为凝结核促 再以微小冰晶为凝结核继续凝 结成雨滴。 使水蒸气冷凝为雨滴。不 再经过超低温的作用。
原理
在浇注前，将一些细小的形核变质剂 加入到液态金属中,会在金属液中形成大 量分散的人工制造的非自发晶核，促进 金属液非均匀形核，从而获得细小的铸 造晶粒，达到细化晶粒,改善组织形态的 目的。
Байду номын сангаас 常用的形核变质剂
铝合金一般选含Ti、Zr、B、C等元 素的化合物作晶粒细化剂。
Al-Ti是传统的晶粒细化剂，Ti Al-Ti-B是目 在Al中包晶反应生成TiAl3，TiAl3 前国内公认的最 与液态金属接触的（001）和（011） 有效的细化剂之 一。Al-Ti-B与Re、 面是铝凝固时的有效形核基面， Sr等元素共同作 增加了形核率，从而使结晶组织 用，其细化效果 细化。 更佳。 铝 钛 硼 丝 变 质 剂
常用的吸附性变质剂
与钠盐变质剂相比， 锶变质剂无毒，具有长 含锶变质剂 效性。它不仅细化初晶 含锶变质剂有 硅，还有细化共晶硅团 锶盐和中间合金两 种。锶盐的变质效 的作用，对炉子污染小。 果受熔体温度和铸 但使用含锶变质剂时， 造时间影响大，应 锶烧损大，要加含锶盐 用很少。目前国内 类熔剂保护，同时合金 应用较多的是Al-Sr 中间合金。 加入锶后吸气倾向增加， 易造成最终制品气孔缺 陷。
工艺
ZL101属于亚共晶铝 硅合金,硅含量为 6.5%~7.5%,大于6%,因而 在熔炼过程中需要进行变 质处理。铝合金变质处理 一般分为3类:细化初晶 α(Al)或初晶硅;改变和细 化共晶硅的形状;改变有 害杂质相(如富铁相)的形 态。
第一类变质处理
细化初晶α(Al) 细化初晶α(Al)的 元素常见的有钛、硼、 锆、稀土等。主要是 以中间合金或盐类形 式加入铝合金熔液中。 加入的变质剂与铝液 发生反应后生成TiAl3、 AlB2、TiB2、TiC、 B4C等起晶粒细化作 用。