铝合金的变质处理

铝合金的变质处理

铸锭组织的不均匀性集中的影响到铸锭的性能，用于锻造、轧制和挤压的铸锭特别不希望降低合金工艺塑性的柱状组织。通常，具有细小晶粒组织、细微的晶粒内部结构和过剩相均匀分布的合金具有最好的铸态性能和最高的压力加工塑性。采用增大冷却速度、低温浇注、超声波振荡铸造、电磁铸造等措施均有利于获得上述理想组织，但这些办法均有局限性，只有对合金采取变质处理才是调整铸锭组织的根本手段。

一、变质处理概述

所谓变质处理就是在少量的专门添加剂（变质剂）的作用下改变铸态合金组织，使金属或合金的组织分散度提高的过程。目前，这种处理方法的技术术语很不统一，有的叫细化处理，还有的叫孕育处理。变质处理的分类也各不一样。有人根据金属及合金的最终组织变化特征将变质处理分为三类：把改变初生树枝晶和其他初生晶尺寸的处理叫第一类变质处理，把改变初生树枝晶内部结构的处理叫第二类变质处理，把改变共晶组织的处理叫第三类变质处理。也有人根据变质剂的作用特性，把变质处理分为三类四组（见表2—5—3）。还有人按对结晶着的合金的物理作用和冶金作用来分类。显然，这些概念之间的界限是很难区分的。本手册把变质处理理解为金属及合金铸锭组织弥散度的提高。

表2—5—3变质剂的类别及其作用特性

类别

变质剂

组别

作用性质

可能的变质机构

I

晶核变质剂

l

不起化学作用，但结构上具有共格性

起晶核或生核基底作用，如铝中的TiC及其他高熔点夹杂物

2

起化学作用且有结构上的共格性

包晶反应产生晶核质点，并改变周围液相的成分浓度，如钛和铝作用生成的TiAl，

Ⅱ

吸附变质剂

3

活性吸附或物理吸附

吸附在晶面上，阻碍晶粒成长，促使过冷增核，如铝硅合金中加钠

Ⅲ

改变结构不

匀性变质剂

4

起机械或物化作用，改变液相结构及分布状况

均匀液相成分和温度，改变晶核质点的活性

目前，有各种说明变质处理过程的理论，其中，比较著名的有晶核形成论、碳化物论、包晶反应论、原子结构论等，但其中没有一种理论可以全面地说明这种过程。这是因为，第一，变质处理过程很复杂，既与熔炼条件有关，也与铸造条件有关；第二，不可控制的杂质有影响，铝合金中的某些元素的相互作用也有影响，它们增强或减弱晶粒细化的效果。

按照晶核形成理论的观点，晶粒细化是因为存在晶核，熔体是在晶核上开始结晶的。这些质点可能是过渡金属的碳化物、硼化物和铝化物，它们的晶格常数与铝固溶体的晶格常数（4.04Α）相近（见表2—5—4）。根据该理论，作为变质剂加入的添加剂应该满足以下要求：①在高温下化学成分不变，在铝熔体中有足够的稳定性；②添加剂的熔点应比铝的高；③添加剂和铝的晶格在结构及尺寸上应相适应；④与被处理的熔体原子形成强而有力的吸附键。

目前，除铝薄板和铝箔生产企业仍有采用铝-钛添加剂外，国内变形铝合金材料生产企业普遍采用铝-钛-硼添加剂（线材或饼状）进行变质处理。另外，新开发的铝-钛-硼-稀土变质剂和铝-钛-碳变质剂也已推广使用.

注：①铝是被细化对象，钠是铝-硅合金变质剂，为方便比较，其数据一起列出。