ADC12铝合金的细化变质处理
铝合金的变质处理
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。
铝合金液熔体处理晶粒细化与变质处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—晶粒细化与变质处理制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理——晶粒细化与变质处理一、概述对铝合金熔体进行细化、变质处理，以控制铝铸件的铸态组织是铸造铝合金熔炼的重要一环，也是获得高品质铝铸件的基本条件。
对于A1-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等固溶体型合金，为防止产生铸造裂纹，提高力学性能，一般都需要进行细化处理，以使α(A1)固溶体的晶粒细化；对A1-Si系合金一般也常对其进行α(A1)晶粒细化处理。
二、晶粒细化α(A1)晶粒细化处理。
常用的晶粒细化剂有钛、硼、锆及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液。
（1）中间合金形式加入常用细化剂主要有Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B和Al-Ti-C等中间合金。
这些细化剂加入铝液后产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC等微粒，它们熔点都较高，且晶格常数与α(A1)固溶体的很相近，所以作为异质核心抑制树枝状初生α(A1)晶粒的长大。
不同的细化剂细化效果和衰退特性是有区别的。
常用的Al-5％Ti、Al-5％Ti-1％B和A1-4％B细化剂对A356合金(与ZLSi7Mg相近)晶粒作用效果比较见图1。
图1 A356合金晶粒细化效果比较细化剂的加入量和合金种类、成分、加入工艺、熔炼温度、浇注时间等有关，细化剂的加入温度一般为710～730℃，加入量占合金的0.4％～0.6％。
添加Ti、B元素细化处理的铝液中，如果存在Zr、Cr、Mn等元素，将减弱细化效果，甚至出现“中毒”而失去细化效果。
其原因有些研究者认为是由于Zr、Cr、Mn等元素与TiAl3、TiB2、TiC微粒之间发生作用，形成了新相改变了原有的点阵常数，因而失去了异质核心作用所造成的。
（2）盐类形式加入。
含有很强晶粒细化作用的Ti、B、Zr等元素的氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾等盐类物质。
汽车发动机缸体用ADC12铝合金铸造成分优化
汽车发动机缸体用ADC12铝合金铸造成分优化摘要：随着汽车工业的蓬勃发展，汽车产业在现代先进科技的支持下朝着轻量化而高速、低排放的方向前进，越来越多汽车使用高性能铝合金替代传统的钢铁材料，尤其是在制造汽车发动机的缸体和缸盖等零部件方面。
铸造铝硅合金具备优良的力学性能和成型性能，是铝合金材料使用中相对广泛的一种体系。
普通合金力学性能低，提高硅合金的力学性能成为当前需要解决的问题。
本文围绕ADC12铝合金出发，分析该合金铸造的成分优化途径的实现。
关键词：汽车；ADC12；成分；铸造；优化使用铸造铝合金材料制备汽车发动机不仅仅能够提高汽车发动机性能，也可以减轻汽车发动机的重量，与灰铸铁工艺相比，铸造铝合金材料具备更优良的导热性能，使用该材料制备的发动机能够更好散热，避免汽车发动机在工作过程中出现局部高温现象。
目前国内外汽车制造多采用共晶与亚共晶铸造硅合金材料来制备发动机缸体，通过一系列的强化处理之后，合金的强度与加工性能明确改善。
ADC12铸造铝合金材料有热膨胀系数小和优良的耐腐蚀性能，目前被广泛运用在制作汽车发动机缸体、缸盖、动力工具等零部件中，前景广阔。
1.汽车发动机缸体材料的发展运用现状汽车发动机缸体是组成发动机的重要零部件，约占整车总质量的18%，整体结构复杂，壁厚分布不均匀，薄处仅为3~5mm，发动机的工作环境恶劣，在高温与高压状态下工作，最相对运动，刚提零件内部会产生很大的机械应力和热应力，同时要承受多处剧烈的磨损，所以在生产与设计上，汽缸体材料的选择十分关键。
目前汽缸体生产材料主要有几种：①灰铸铁气缸体，这种材料有很好的机械性能与铸造性能、减震性能与耐磨性能，因此成为汽缸体的首选材料。
目前灰铸铁缸体铸件材料有 HT200、 HT250、HT300等。
灰铸铁中碳元素形态对材料的力学性能有重要影响，以石墨碳元素形态出现的时候，由于石墨本身具备良好的润滑性能，可防止缸体的剧烈磨损，但是这种材料长而薄，表面平坦端部尖锐，平坦部分很容易造成石墨脱落，而尖锐部分很容易造成应力集中，出现裂纹导致力学性能下降。
Sm对ADCl2铝合金变质效果影响的研究
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铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理是一种通过热处理使铝合金达到理想强度和硬度的方法。
下面是一般的铝合金变质处理操作步骤：
1. 预处理：将铝合金零件完全清洁，并去除表面的油污和氧化物。
2. 加热：将清洁的铝合金零件放入专用炉中，进行加热。
加热温度通常根据合金种类和要求进行调整，一般在500C到600C之间。
3. 保温：将铝合金零件在加热温度下保持一段时间，以使合金达到均匀的温度分布。
4. 冷却：将加热的铝合金零件取出并迅速冷却，一般可以使用水浴或空冷等方法进行冷却。
冷却速率对于合金性能有重要影响，可以根据需要进行调整。
5. 回火处理：在需求强度和硬度较低的情况下，可以进行回火处理。
回火温度通常在150C到200C之间，时间根据合金种类和要求进行调整。
6. 检验：对处理后的铝合金进行硬度、强度、尺寸等检验，确保其符合要求。
需要注意的是，以上步骤是一般的变质处理操作方法，具体操作步骤和参数应根据不同的合金种类、要求和设备进行调整。
不正确的处理方法可能导致铝合金性能下降或出现破损等问题，因此建议在进行变质处理前咨询专业人士或参考相关的处理规范。
adc12钝化处理工艺
adc12钝化处理工艺
ADC12是一种常用的铝合金材料，钝化处理是一种常见的表面处理工艺，旨在提高材料的耐腐蚀性和表面质量。
以下是ADC12钝化处理的一般工艺步骤：
1. 清洗：将ADC12材料的表面清洗干净，去除灰尘、油污和其他杂质。
2. 酸洗：将ADC12材料浸泡在酸性溶液中，以去除氧化层和其他表面污染物。
常用的酸洗溶液包括硝酸、硫酸和盐酸。
3. 中和：用碱性溶液中和酸洗后的ADC12材料表面，以中和酸性残留物，并为后续工艺步骤做准备。
4. 钝化处理：将ADC12材料浸泡在含有钝化剂的溶液中，以形成一层钝化膜。
常用的钝化剂包括铬酸盐、硝酸盐和磷酸盐。
钝化膜可以提高材料的耐腐蚀性能，并改善其表面质量。
5. 清洗：将钝化处理后的ADC12材料进行清洗，以去除钝化剂残留物。
6. 干燥：将清洗后的ADC12材料进行干燥，以确保表面干燥，防止产生水渍和氧化。
需要注意的是，具体的工艺步骤可能会因不同的钝化剂和设备而有所差异。
因此，在实际应用中，应根据具体情况调整和优化钝化处
理工艺。
同时，钝化处理后的ADC12材料应储存在干燥、通风和无腐蚀性气体环境中，以延长钝化膜的寿命和保持其良好的表面性能。
adc12阳极氧化工艺
adc12阳极氧化工艺ADC12阳极氧化工艺简介•ADC12阳极氧化工艺是一种用于铝合金表面处理的方法。
•它通过电解方法在铝合金表面生成一层氧化膜，以增加其硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
工艺步骤1.准备工作–清洗铝合金构件，去除表面的油污和杂质。
–修复铝合金表面的缺陷，如划痕或变形。
2.酸洗–将铝合金构件浸泡在酸性溶液中，去除表面的氧化物和杂质。
–酸洗可以采用盐酸或硫酸等酸性溶液。
3.阳极氧化–将酸洗后的铝合金构件放置在电解槽中，作为阳极。
–在阳极槽中加入适量的氧化剂，如硫酸、硫酸铅或硼酸等。
–通过施加直流电压，使阳极与阴极（通常为铝）之间形成电解池，启动氧化反应。
–氧化时，阳极表面生成一层致密的氧化膜，该膜与铝基体牢固结合。
4.封孔–氧化后的铝合金构件可能会在氧化膜表面形成微小的孔洞。
–为防止孔洞进一步腐蚀，需进行封孔处理。
–封孔方法可以采用热水封孔、冷水封孔或使用特定的有机封孔剂。
5.染色–阳极氧化后的铝合金构件可以进行染色处理，以增加其外观效果。
–可使用有机染料或金属盐类染料进行染色。
–不同染料可呈现不同的颜色，如金黄、黑色、蓝色等。
6.封面–进行染色后，需要封闭染料在表面的沉积。
–可以使用热水、蒸汽或镀膜等方法进行封面处理。
应用领域•ADC12阳极氧化工艺广泛应用于铝合金制品的表面处理，包括：–电子产品外壳、散热器等电器电子产品的外观处理。
–汽车零部件的表面处理，提高其耐蚀性和抗磨损性。
–家居产品的装饰处理，增加其美观度和耐用性。
–建筑材料的表面处理，提高其抗风化能力和耐候性。
总结•ADC12阳极氧化工艺是一种重要的铝合金表面处理方法。
•它能够显著提高铝合金构件的硬度和耐腐蚀性能。
•通过染色和封面处理，还可为铝合金构件增添多种颜色和美观性。
•在不同领域的应用中，ADC12阳极氧化工艺发挥着重要作用。
工艺优势•高耐腐蚀性：经过阳极氧化处理的铝合金构件表面形成的氧化膜具有良好的耐腐蚀性，能够有效抵抗化学物质、湿气和氧气的侵蚀。
ADC12铝合金的细化变质处理
ADC12铝合金的细化变质处理一、实验目的1）熟练ADC12铝合金的熔炼、精炼、细化和变质处理过程。
2）了解ADC12铝合金的组织变质处理的基本原理和方法。
3）分析晶粒细化剂（Al-5Ti-B\Al-5Ti-C）对ADC12合金的组织的细化效果及其影响。
4）分析变质剂（Mn\Sr) 对ADC12合金的组织的变质效果及其影响。
5）分析RE元素对ADC12合金的组织的细化变质效果及其影响。
6）了解各种变质的的单因素影响及正交实验的效果。
二、原理概述由于Al-Si共晶合金(ADC12)有很好的铸造性能,且铸件轻、比强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性能高及切屑性能好, 故被广泛用于航天航空、汽车等工业。
在再生铝合金ADC12铸件中，α-Al相是最主要的组织。
在铸态时，α-Al相呈树枝状，并且比较粗大，其取向没有一定的规律，较为杂乱，这使得其性能不是很好。
Fe在A l合金中通常被认为是最有害的杂质元素, 常见的Fe相为α-Fe 相( A l8 S iFe2 )和β-Fe 相( Al5 SiFe) 两种。
硬而脆的针状的β-Fe相会破坏金属基体的连接强度, 大幅降低合金的力学性能(如抗拉强度)。
Fe在A l合金中作为有害元素会显著降低合金的力学性能, 影响断裂粗糙程度等。
1.铝硅合金的细化处理铝硅合金细化处理的目的主要是细化合金基体α-Al的晶粒。
晶粒细化是通过控制晶粒和形核和长大来实现的。
细化处理的基本原理是促进形核，抑制长大。
对晶粒细化的基本要求是：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-Al间存在良好的晶格匹配关系。
3）异质形核颗粒应非常细小，并在铝熔体中呈高度弥散分布。
4）加入细化剂不能带入任何影响铝合金性能的有害元素或杂质。
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。
ADC12铝合金箱体件的质量改进
ADC12铝合金箱体件的质量改进许国宏【摘要】简要介绍了ADC12铝合金薄壁箱体件的质量改进措施。
% The quality improvement measures of ADC12 aluminum alloy case is briefly introduced.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】2页(P29-30)【关键词】铝合金;箱体;质量改进【作者】许国宏【作者单位】江苏林海集团公司,江苏泰州225300【正文语种】中文【中图分类】TH16箱体是发动机上的关键部件，其对发动机的性能、寿命、可靠性和外观质量影响较大。
江苏林海集团公司是国内小型动力机械的重点生产企业，目前公司生产发动机箱体的毛坯均采用高压铸造，材料选用新型的JISADC12（相当于国产YL113）合金，该合金的压铸性良好，抗热裂倾向好，气密性好，强度高，切削加工性好，铸件不需经时效处理。
但我公司使用大冯分厂压铸件时发现ADC12压铸铝合金存在易腐蚀、疏松气孔多、化学成分不稳定、机械性能低下、切削性能差等质量问题，影响了产品质量。
为了解决上述的问题，我公司首先对大冯分厂压铸件与雅马哈压铸件进行了全面的对比分析。
1 压铸件化学成分压铸件化学成分见表1。
从化学成分数据看，大冯分厂只有Fe超标0.03%，其余化学成分均在ADC12要求范围内。
表1 化学成分%元素厂家及标准要求雅马哈大冯分厂ADC12要求值YL113要求值Si 10.10 10.57 9.6~12.0 9.6~12.0 Fe 0.83 1.33<1.3<1.2 Cu 2.12 1.841.5~3.5 1.5~3.5 Mg 0.16 0.29<0.3<0.3 Mn 0.24 0.40<0.5<0.5 Zn 0.550.36<1.0<1.0 Ni 0.096 0.20<0.50<0.52 压铸件机械性能压铸件机械性能见表2。
不同变质处理对铝合金组织性能的影响
不同变质处理对铝合金组织性能的影响铝合金是一种常见的金属材料，具有良好的强度和导热性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和电子等领域。
为了进一步提高铝合金的性能，通常会采用变质处理来改变其晶粒结构和微观组织。
下面将详细探讨不同变质处理对铝合金组织和性能的影响。
1.固溶处理固溶处理是铝合金中最常用的变质处理方法之一、该方法主要是通过加热使合金中的固溶元素溶解到α-Al基体中，然后快速冷却固溶体，使固溶元素保持在固溶体中的均匀分布状态。
固溶处理对铝合金的组织性能有以下影响：-细化晶粒：固溶处理能有效地细化铝合金的晶粒尺寸，提高材料的强度和韧性。
-去除析出物：固溶处理会将析出物溶解到基体中，使合金中的析出物减少或消失，从而提高材料的塑性。
-增加合金的均匀性：固溶处理能使固溶元素均匀地分布在基体中，防止合金中的偏析现象，提高合金的均匀性。
2.时效处理时效处理是指将固溶体在适当温度下保持一段时间，使固溶元素重新溶解，然后通过析出和扩散形成细小的析出物，进而改善材料的性能。
时效处理对铝合金的组织性能有以下影响：-产生弥散的细小析出物：时效处理会形成细小的析出物，如硬化相类似的Al3Cu、Mg2Si、MgZn2等，这些析出物的细小尺寸能阻碍晶格滑移和位错运动，从而提高材料的强度。
-提高合金的部分时效硬化能力：时效处理能够提高合金的部分时效硬化能力，使其在一定条件下保持一定的强度和韧性。
-改善热稳定性：时效处理能够提高铝合金的热稳定性，使其在高温下保持良好的性能。
3.组织性能对比-固溶处理一般能够显著细化晶粒，而时效处理对晶粒尺寸几乎没有影响。
-固溶处理后的铝合金具有较高的塑性和韧性，而时效处理能够显著提高材料的强度。
-经过固溶处理和时效处理后的铝合金能够在一定程度上保持良好的热稳定性。
-固溶时效处理可以获得更好的综合性能，即在一定程度上提高了材料的强度和塑性。
综上所述，不同的变质处理对铝合金的组织性能有不同的影响。
固溶处理对Yb变质ADC12合金组织及耐磨性能的影响
A pr .2022V o l .42 N o .4特种铸造及有色合金S P E C I A LC A S T I N G &N O N F E R R O U SA L L O Y S试验研究固溶处理对Y b 变质A D C 12合金组织及耐磨性能的影响熊俊杰1,3王云峰2 闫 洪1,3 刘智彬1,3(1.南昌大学机电工程学院;2.高安市璐克斯机械有限公司;3.南昌市轻合金制备与加工重点实验室)摘 要 采用高能超声熔铸的方法制备了A D C 12-0.9Y b 合金,研究了固溶处理对该合金组织及耐磨性能的影响㊂结果表明,当固溶温度为520ħ,固溶时间为1h 时,固溶效果较佳,其组织中的S i 相在保证不粗化的同时实现了较大程度的球化㊂在载荷为60N ,转速为100r /m i n ,摩擦时间为15m i n 时,铸态A D C 12合金的磨损机制主要是剥落磨损;铸态A D C 12-0.9Y b 合金的磨损机制主要是磨粒磨损,其次是塑性变形以及粘着磨损;固溶态(520ħˑ1h )A D C 12-0.9Y b 合金的磨损机制主要为磨粒磨损以及塑性变形㊂关键词 A D C 12-0.9Y b 合金;固溶处理;组织;磨损机制中图分类号 T G 166.3;T B 331 文献标志码 AD O I :10.15980/j.t z z z .2022.04.003开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):E f f e c t s o f S o l u t i o nT r e a t m e n t o n M i c r o s t r u c t u r e a n d W e a rR e s i s t a n c e o fA D C 12A l l o y M o d i f i e db y Yb X i o n g J u n j i e 1,3,W a n g Y u n f e n g 2,Y a nH o n g 1,3,L i uZ h i b i n 1,3[1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,N a n c h a n g U n i v e r s i t y ;2.L u x eM a c h i n e r y (G a o a n )C o .,L t d .;3.K e y L a b o r a t o r y o fL i g h tA l l o y P r e p a r a t i o nP r o c e s s i n g i nN a n c h a n g C i t y]A b s t r a c t :A D C 12-0.9Y ba l l o y w a s f a b r i c a t e db y h i g h -e n e r g y u l t r a s o n i c c a s t i n g,a n d t h ee f f e c t so f s o l u t i o nt r e a t -m e n t o n t h em i c r o s t r u c t u r e a n dw e a r r e s i s t a n c e o f t h e a l l o y w e r e i n v e s t i ga t e d .T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s o l u -t i o ne f f e c t o fA D C 12-0.9Y ba l l o y i sd e s i r ab l ew i t ht h e s o l u t i o na t 520ħf o r 1h ,a n d t h e s i l ic o n p h a s e i s s p h e -r o id i ze d t o a g r e a t e r e x t e n tw i t h o u t c o a r s e n i n g .U n d e r t h e c o n d i t i o n s of t h e l o a d o f 60N ,t h e s p e e d o f 100r /m i n ,a n d t h e f r i c t i o n t i m e o f 15m i n ,t h ew e a rm e c h a n i s mo f t h e a s -c a s tA D C 12a l l o y i sd o m i n a t e db y s p a l l i ng we a r ,a n d t h a t of t h e a s -c a s tA D C 12-0.9Y ba l l o y i sm a i n l y a b r a s i v ew e a r ,f o l l o w e db ypl a s t i c d e f o r m a t i o n a n d a d h e s i v e w e a r .T h ew e a rm e c h a n i s mo fA D C 12-0.9Y b a l l o y b y so l u t i o n t r e a t m e n t (s o l i d s o l u t i o n a t 520ħf o r 1h )i s d o m -i n a t e db y a b r a s i v ew e a r ,a c c o m pa n i e dw i t h p l a s t i c d e f o r m a t i o n .K e y W o r d s :A D C 12-0.9Y bA l l o y ,S o l i dS o l u t i o nT r e a t m e n t ,M i c r o s t r u c t u r e ,W e a rM e c h a n i s m 收稿日期:2021-07-05;修改稿收到日期:2021-09-24基金项目:江西省自然科学基金资助项目(20181B A B 206026)第一作者简介:熊俊杰,男,1988年出生,博士研究生,南昌(330031),E -m a i l :x i o n g j j d w y y x 588@163.c o m 通信作者:王云峰,男,1986年出生,工程师,江西高安(330800),E -m a i l :j j x x w w y yf f @163.c o m 引用格式:熊俊杰,王云峰,闫洪,等.固溶处理对Y b 变质A D C 12合金组织及耐磨性能的影响[J ].特种铸造及有色合金,2022,42(4):409-414.X I O N GJ J ,WA N GYF ,Y A N H ,e t a l .E f f e c t s o f s o l u t i o n t r e a t m e n t o nm i c r o s t r u c t u r e a n dw e a r r e s i s t a n c e o fA D C 12a l l o y m o d i f i e d b y Yb [J ].S p ec i a l C a s t i n g &N o n f e r r o u sA l l o ys ,2022,42(4):409-414. 近年来,新能源汽车飞速发展,为了实现轻量化,汽车车身以及零部件㊁底盘等基本采用铝合金制造㊂为了提升新能源汽车的整体品质,对铝合金的力学性能以及耐磨性能提出了更高的要求㊂A D C 12铝合金具有良好的铸造性能㊁无热裂以及缩松倾向低㊁气密性较高㊁导电性好等特点,可以在恶劣的腐蚀环境下使用,在航空发动机㊁汽车零部件㊁摩托车㊁飞机零部件以及结构件等方面得到广泛应用[1~3]㊂然而,由于其显微组织中存在许多粗大的二次相,严重影响其力学性能和耐磨性能[4,5]㊂研究表明,在A l -S i 合金中添加质量分数为0.6%~1.2%的稀土可以很好地改善其显微组织,包括改善二次相的尺寸和形貌㊁细化晶粒㊁减少孔隙率等[6~8]㊂稀土在A l -S i 合金中主要起变质㊁净化㊁合金化等作用[9,10]㊂R A O Y S 等[11]发现,在A D C 12合金中添加1.0%~1.5%的稀土S m 能够很好地细化其共晶S i 相,改善共晶S i 相的形状㊂此外,1.0%的S m 对β-F e 相也有一定的改善作用㊂但是,稀土S m 几乎不能将针状β-F e 相转变为汉字状或骨骼状的α-F e 相㊂李厅等[12]向A D C 12合金中添加稀土L a ㊁C e 后,发现组织的晶粒更加细小且均匀,二次枝晶臂间距也有所减少,共晶S i转变成短棒状㊂同时,试样的显微硬度㊁抗拉强度都明显提高,尤其是断口上的韧窝明显增多㊂因此,在A D C 12合金中添加稀土对其组织和力学性能均能起到904一定的改善作用㊂此外,也有研究表明,对A l -S i 合金进行热处理,也能有效地提高A l -S i 合金的组织及耐磨性能[13~15]㊂对A l -S i 合金中粗大长针状的S i 相在T 6热处理过程中的转变,普遍认为是在固溶阶段,时效阶段对S i 相几乎没有影响㊂在固溶处理期间,S i 相的转变分为粗大长针状的S i 相破碎㊁破碎后的块状或颗粒状的S i 相进行球化㊁S i 相的球化和粗化3个阶段[16]㊂尽管对于A l -S i 合金中S i 相的转变过程研究很多,然而,有关向A l -S i 合金中添加稀土后的热处理的研究报道较少㊂向A l -S i 合金中添加稀土后,S i 相以及固溶相均会发生不同程度的变化,导致热处理期间S i 相以及固溶相的转变过程也会发生不同程度的变化,这些均会影响到整个热处理工艺的取值变化,因此,研究添加稀土之后的A l -S i 合金的热处理过程具有积极的意义㊂本课题研究了质量分数为0.9%的Y b 对A D C 12合金组织的影响,观察了不同固溶处理工艺条件下A D C 12-0.9Y b 合金组织中相的变化,同时对铸态A D C 12和A D C 12-0.9Y b 合金㊁固溶态A D C 12-0.9Y b 合金在相同磨损条件下的磨损机理进行了探讨,旨在为其应用提供参考㊂1 试验材料与方法1.1 试验材料制备A D C 12-0.9Y b 合金所用基体为A D C 12铝合金,其化学成分见表1㊂向A D C 12合金中添加A l -10Y b 中间合金,最大限度地减少Y b 的烧损,A l -10Y b中间合金相比稀土Y b ,变质效果会更好[17]㊂图1为表1 A D C 12合金主要的化学成分T a b .1 M a i n c h e m i c a l c o m po s i t i o no fA D C 12a l u m i n u ma l l o y%w BS i C uM gZ nF eM nA l9.6~12.01.5~3.5ɤ0.3ɤ1.0ɤ0.9ɤ0.5余量图1 A l -10Y b 中间合金的显微组织F i g .1 M i c r o s t r u c t u r e o fA l -10Y bm a s t e r a l l o yA l -10Y b 中间合金的显微组织㊂1.2 制备方法将所有需要用到的试验器具,如石墨坩埚以及模具及其他操作工具等进行干燥处理㊂将特定质量的碎化的A D C 12合金放置在石墨坩埚中,并在电阻炉中加热至750ħ左右,等合金完全熔化后,将配置好的㊁用铝箔纸分开包装的A l -10Y b 中间合金依次加入其中,并用金属棒进行搅拌,搅拌尽量快速平稳,随后添加0.9%的Y b ,静置25m i n 后立即进行超声处理5m i n,随后去除铝液表层氧化膜以及表面杂质,然后快速将铝液浇入已经预热好的模具中,待冷却凝固后,取出试样,制得A D C 12-0.9Y b 合金㊂作为比较,基体合金也在相同的条件下制备㊂1.3 固溶处理将A D C 12-0.9Y b 合金置于S X -10-13型箱式电阻炉中进行固溶处理,在490㊁505㊁520㊁540ħ下保温1h 和在520ħ下分别保温0㊁0.5㊁1㊁2㊁3㊁4h 固溶后快速置入60ħ的水中进行淬火㊂1.4 耐磨性能测试将试样制备成ϕ4.5mmˑ11mm 的摩擦棒,用砂纸打磨㊁抛光,后采用超声酒精清洗处理㊂利用M -2000型摩擦磨损试验机对A D C 12㊁A D C 12-0.9Y b ,经520ħˑ1h 固溶处理的A D C 12-0.9Y b 铝合金进行磨损测试,载荷为60N ,转速为100r /m i n ,滑动时间为15m i n㊂1.5 分析测试方法取试样的同一位置进行镶嵌,将镶嵌试样依次用100~600号的水磨砂纸粗磨,随后用1000~2000号的水磨砂纸细磨,最后进行抛光㊂腐蚀液采用体积分数为0.5%的H F 溶液,腐蚀3~5s 后用蒸馏水清洗,然后用吹风机吹干㊂采用MA 200型光学显微镜进行观察㊂采用扫描电镜(S E M ,F E I Q u a n t a200F )和能谱仪(E D S ,J S M -6701F )对合金进行显微组织和能谱分析㊂2 试验结果分析与讨论2.1 铸态组织图2为铸态A D C 12和A D C 12-0.9Y b 合金的显微组织㊂从图2a 可看出,基体中主要存在着粗大的α-A l 相㊁长条状的共晶S i 相和粗大块状或条状的富F e 相㊂添加0.9%的Y b 后,组织中的α-A l 相轮廓变得更清晰,晶粒变小,二次相也得到了较大程度的细化,见图2b ㊂从图2c 中可以更清晰地观察到共晶S i相变为颗014特种铸造及有色合金 2022年第42卷第4期(a )A D C 12(b )A D C 12-0.9Y b (c )图2b 方框处局部放大图2 铸态A D C 12合金及A D C 12-0.9Y b 合金的OM 组织F i g .2 OMi m a g e s o f a s -c a s tA D C 12a n dA D C 12-0.9Y ba l l o y粒状甚至细小纤维状,富F e 相也变成了短棒状或小块状㊂图3为A D C 12-0.9Y b 的S E M 形貌以及对应的E D S 图㊂从图3a 和图3b 可知,亮白色的相为稀土相,由A l ㊁S i ㊁Y b ㊁C u 等4种元素组成㊂结合图3a 和图3c 可知,暗色相为富F e 相,由A l ㊁S i ㊁F e ㊁M n 等元素组成㊂从图3a 中可以看出,稀土Y b 相与富F e 相紧紧相连,这表明稀土Y b 相可能会对富F e 相的形核以及生长产生影响㊂(a )S E M(b )点1E D S (c )点2E D S图3 铸态A D C 12-0.9Y b 合金的S E M 组织及能谱图F i g .3 S E Mi m a g e s a n dE D Sa n a l y s i s o f a s -c a s tA D C 12-0.9Y ba l l o y2.2 固溶温度对A D C 12-0.9Y b 合金组织中S i 相的影响图4为A D C 12-0.9Y b 合金在不同固溶温度下(490㊁505㊁520㊁540ħ)固溶1h 的显微组织㊂可以看出,总体上随着固溶温度升高,S i 相球化效果越来越好,但是S i 相的粗化也变得越来越严重㊂这是因为在固溶时间一定的情况下,当温度逐渐升高时,长条状的共晶S i 相能够吸收更多的能量逐渐变成短棒状或块状㊂当温度达到一定程度时,短棒状或块状的S i 相吸收的能量足以使得S i 相分开,棱角变钝,逐渐球化㊂当温度继续升高时,S i 相就会长大,并快速粗化㊂当固溶温度为540ħ时,固溶1h 后,组织中可以发现明显的融熔孔洞,见图4d ㊂因此,在540ħ固溶会造成A D C 12合金产生过烧,这主要是由于低熔点相(富C u 相)的熔点一般为500~510ħ之间,540ħ已经超过富C u 相的熔点,使其快速熔化造成的[18]㊂综合考虑,在保证不发生严重过烧情况下,当固溶温度越高,共晶S i 相球化效果越好,固溶相的固溶度越高,固溶效果也更好㊂此外,固溶温度高,其对应的最佳固溶时间也会越短,晶粒粗化也会得到一定程度的减弱,对A D C 12铝合金的伸长率因晶粒粗化造成的负面影响也会减弱,因此最佳固溶(a )490ħ(b )505ħ(c )520ħ(d )540ħ图4 A D C 12-0.9Y b 合金在不同温度固溶1h 的显微组织F i g .4 M i c r o s t r u c t u r e o fA D C 12-0.9Y ba l l o y a t v a r i o u s s o l i d s o l u t i o n t e m pe r a t u r e sf o r 1h 温度为520ħ㊂2.3 固溶时间对A D C 12-0.9Y b 合金组织中S i 相的影响图5为在520ħ下,不同固溶时间(0㊁0.5㊁1㊁2㊁3㊁4h )的A D C 12-0.9Y b 合金组织中S i 相形貌㊂可以看出,随着固溶时间延长,S i 相的球化程度越来越高,但是S i 相的平均尺寸也逐渐增大㊂当向A D C 12合金中加入114固溶处理对Y b 变质A D C 12合金组织及耐磨性能的影响 熊俊杰 等(a )0(b )0.5h(c )1h(d )2h(e )3h (f )4h图5 A D C 12-0.9Y b 合金在不同固溶时间下的显微组织F i g .5 M i c r o s t r u c t u r e o fA D C 12-0.9Y ba l l o y fo r v a r i o u s s o l i d s o l u t i o nd u r a t i o nY b 后,在极短的时间内,少量尺寸稍大的纤维状的S i相能迅速破碎并进入球化阶段,大部分尺寸较小的纤维状的S i 相不需要破碎就直接球化㊂因此,添加0.9%的Y b 的合金经过0.5h 的固溶处理后,很难发现共晶S i相破碎,而只观察到共晶S i 相球化(见图5b ),组织中仍可以发现少量短棒状的S i 相㊂因此,S i 相的球化程度在0.5h 时并未达到最高㊂从图5c 可以发现,经过1h 固溶后,大部分S i 相已经完全转变为球状且平均尺寸稍有增加㊂然而,从图5c ~图5f 中可以发现,固溶时间从1~4h 的过程中,S i 相的球化程度差距不大而其长大速度却越来越快㊂因此,可以认为经过1h 的固溶处理后,S i 相的球化程度已经基本接近最大化㊂因此综合考虑,在520ħ下,S i 相的最佳固溶时间为1h ㊂2.4 固溶处理对组织中稀土相及富F e 相的影响图6为在520ħ固溶4h 后A D C 12-0.9Y b 合金的显微组织及面扫描分布㊂可以看出,大部分富F e 相比较完整,并未发生明显熔断或破碎的现象㊂少量稀土相能够发生轻微的破碎现象,聚集的富Y b 稀土相呈现出不连续的分布,但从图6a 中可以发现大部分稀土相依然保持完整,这其中的原因可能是部分Y b 原子通过空位㊁位错以及晶界移动到基体的其他位置,从而导致稀土相发生破碎㊂因此,固溶处理对富F e 相和稀土相产生的影响均较小㊂这可能是由于稀土相与富F e 相一样熔点很高,F e 原子㊁稀土Y b 原子与周围其他原子的结合能力很强,破坏它们之间的结合力需要很高的能(a)显微组织(b )富Y b 相S E M (c )Y b 面扫描图6 在520ħ下固溶处理4h 后的A D C 12-0.9Y b 合金的显微组织F i g .6 M i c r o s t r u c t u r e o fA D C 12-0.9Y ba l l o y af t e r s o l i d s o l u t i o na t 520ħf o r 4h 量㊂此外,F e 原子㊁稀土Y b 原子与A l 原子尺寸差距较大,原子在α-A l 内部移动速度较慢,这也是导致它们很难溶入基体的重要原因㊂2.5 磨损机理分析图7是在载荷为60N ㊁转速为100r /m i n㊁摩擦时间为15m i n 的条件下,铸态A D C 12㊁铸态A D C 12-0.9Y b ㊁固溶态A D C 12-0.9Y b 合金磨面的扫描电镜(S E M )图㊂可以发现,经过摩擦磨损试验后,A D C 12磨面上存在非常严重的剥落坑,以及许多细小的划痕㊂这是由于铸态合金组织中存在着粗大的二次相,特别是有一些尖角形貌的共晶S i 相,这些相容易割裂基体,成为裂纹扩展的根源,在摩擦时容易脱落形成较大的凹坑,因此,在60N 的载荷下,A D C 12合金的主要磨损机制是剥落磨损㊂从图7c 和图7d 中可以发现,经过磨损试验后,添加0.9%Y b 的A D C 12合金的磨面上存在细小的划痕㊁少量的塑性变形以及因表面受力挤压形成的薄的层片状剥落坑㊂因此,添加0.9%的Y b 的A D C 12合金的主要磨损机制是磨粒磨损,其次是塑性变形以及粘214特种铸造及有色合金 2022年第42卷第4期着磨损㊂相比A D C 12基体合金而言,其磨损情况明显变好㊂这是由于添加稀土后,合金组织中的二次相得到了一定程度的细化,长条状的共晶S i 相变成了细小短棒状或细小颗粒状,裂纹不易扩展,在摩擦时也不易形成凹坑脱落㊂因此,稀土Y b 能够大幅改善基体A D C 12合金的耐磨性能㊂从图7e 和图7f 中可以发现,经固溶处理后,磨面上有少量细小的划痕以及轻微的塑性变形,其主要的磨损机制为轻微的磨粒磨损以及轻微的塑性变形,与A D C 12合金相比,耐磨性能得到较大程度的提高㊂这是由于A D C 12-0.9Y b 合金经过热处理后,其组织中的二次相得到了较大程度的细化,特别是共晶S i 相变得球化圆整,其分布也变得更为均匀,这对该合金耐磨性的提高起到了关键作用㊂(a )A D C 12合金,铸态低倍(b )A D C 12合金,铸态高倍(c )A D C 12-0.9Y b 合金,铸态低倍(d )A D C 12-0.9Y b 合金,铸态高倍(e )A D C 12-0.9Y b 合金,固溶态低倍(f )A D C 12-0.9Y b 合金,固溶态高倍图7 不同工艺条件下的A D C 12-x Y b 合金在60N 下磨面的S E M 图F i g .7 S E Mi m a g e s o fA D C 12-x Y ba l l o y at 60N l o a d i n g un d e r d i f f e r e n t p r o c e s s e s 3 结 论(1)添加0.9%的Y b 后,A D C 12合金晶粒变小,其组织中生成了由A l ㊁S i ㊁Y b ㊁C u 等4种元素组成的稀土相,共晶S i 相和富F e 相均得到了一定程度的细化㊂(2)经520ħˑ1h 固溶后,A D C 12-0.9Y b 合金的固溶效果较佳,其组织中的S i 相在保证不粗化的同时得到了较大程度的球化,固溶处理对富F e 相和稀土相产生的影响均较小㊂(3)在载荷为60N ,转速为100r /m i n,摩擦时间为15m i n 的条件下,铸态A D C 12合金的磨损机制主要是剥落磨损,铸态A D C 12-0.9Y b 合金的磨损机制主要是磨粒磨损,其次是塑性变形以及粘着磨损,固溶态(在520ħ固溶1h )A D C 12-0.9Y b 合金的磨损机制主要为轻微的磨粒磨损以及轻微的塑性变形㊂参 考 文 献[1] L O R E L L AC ,L U R I B ,A L E S S A N D R O M ,e t a l .M i c r o s t r u c t u r e,t e n s i l e a n d f a t i g u e p r o p e r t i e s o f t h eA l -10S i -2C u a l l o y w i t h d i f f e r e n t F e a n d M n c o n t e n t c a s t u n d e r c o n t r o l l e dc o n d i t i o n s [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sP r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ,2009,209:5669-5679.[2] 唐全波,姜巨福,王迎.A D C l 2铝合金连杆挤压铸造[J ].特种铸造及有色合金,2010,30(7):636-638.[3] O K A Y A S U M ,O H K U R A Y ,T A K E U C H IS ,e t a l .As t u d y of t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f a nA l -S i -C ua l l o y (A D C 12)p r o d u c e d b y v a r i o u s c a s t i ng p r o c e s s e s [J ].M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,2012,A 543:185-192.[4] 徐小科,彭晓东,谢卫东,等.铸造铝合金的强化研究[J ].材料导报,2008(22):409-411.[5] 胡志强,罗继相,黄毅.挤压铸造A D C 12铝合金端盖裂纹的产生及防止措施[J ].特种铸造及有色合金,2021,41(6):776-778.[6] HUZ ,Y A N H ,R A OYS .E f f e c t s o f s a m a r i u ma d d i t i o n o nm i c r o -s t r u c t u r e a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fa s -c a s tA l -S i -C ua l l o y [J ].T r a n s .N o n f e r r o u sM e t .S o c .C h i n a ,2013,23(11):3228-3234.[7] MA OF ,Y A NGY ,X U A NZ J ,e t a l .E f f e c t o f E u a d d i t i o n o n t h em i c r o s t r u c t u r e s a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fA 356a l u m i n u ma l l o ys [J ].J o u r n a l o fA l l o y s a n dC o m po u n d s ,2015,650:896-906.[8] WA NBB ,C H E N W P ,L I ULS ,e t a l .E f f e c t o f t r a c e yt t r i u ma d -d i t i o no nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dt e n s i l e p r o p e r t i e so f r e c yc l ed A l -7S i -0.3M g -1.0Fe c a s t i n g a l l o y s [J ].M a t e r i a l sS c i e n c e &E n gi n e e r -i n g,2016,A 666:165-175.[9] 解佩佩,史攀,李方峰,等.稀土C e 变质铸造A l -12.35S i 合金的组织及性能[J ].铸造技术,2021,42(6):475-481.[10] 胥锴,刘政,刘萍.稀土在铝及铝合金中的应用现状与展望[J ].有色金属加工,2005,34(5):10-14.[11] R A O YS ,Y A N H ,HUZ .M o d i f i c a t i o no f e u t e c t i c s i l i c o n a n d β-A l 5F e S i p h a s e s i na s -c a s tA D C 12a l l o y sb y u s i n g s a m a r i u ma d d i -t i o n [J ].J o u r n a l o fR a r eE a r t h s ,2013,31(9):917-922.[12] 李厅,余忠蚰,章凯钆,等.混合稀土镧铈对再生铝合金A D C 12的影响[J ].有色金属工程,2017,7(2):26-29.314固溶处理对Y b 变质A D C 12合金组织及耐磨性能的影响 熊俊杰 等A p r.2022V o l.42 N o.4特种铸造及有色合金S P E C I A LC A S T I N G&N O N F E R R O U SA L L O Y S试验研究原位内生树枝晶增韧钛基非晶复合材料的组织与性能吕敬旺1韦超2马小昭1,3张山1施志林1张浩然1马明臻1(1.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室;2.燕山大学理学院;3.北京工业大学材料与制造学部)摘要以(T i40.4Z r27.7B e15.6C u6.3)(90+x)/90N b10-x(x=0㊁2㊁4㊁6㊁8㊁10,%)合金体系为研究对象,制备了4种成分的原位内生β相树枝晶增强钛基非晶复合材料㊂用X R D㊁S E M和T E M等手段分析了钛基非晶复合材料的相组成㊁微观结构以及力学性能和变形行为㊂结果表明,钛基非晶合金复合材料中的原位内生β相树枝晶的体积分数与尺寸均随N b含量的增加而增大㊂拉伸测试结果表明,其屈服强度和抗拉强度随着原位内生β相树枝晶尺寸的增大而降低,但塑性变形能力显著提高㊂其中,T i40.4Z r27.7B e15.6C u6.3N b10非晶复合材料的屈服强度为1307M P a,抗拉强度为1428M P a,断裂应变为9.61%,表明了钛基非晶复合材料的良好塑性变形能力㊂关键词钛基非晶合金复合材料;原位自生;组织结构;力学性能;变形行为中图分类号 T G139.8;T B331文献标志码 AD O I:10.15980/j.t z z z.2022.04.004开放科学(资源服务)标识码(O S I D):M i c r o s t r u c t u r e a n dP r o p e r t i e s o fT i-b a s e dB M G CR e i n f o r c e db y I n-s i t uE n d o g e n e t i cD e n d r i t eLüJ i n g w a n g1,W e i C h a o2,M aX i a o z h a o1,3,Z h a n g S h a n1,S h i Z h i l i n1,Z h a n g H a o r a n1,M aM i n g z h e n1 (1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fM e t a s t a b l eM a t e r i a l sS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,Y a n s h a nU n i v e r s i t y;2.C o l l e g e o f S c i e n c e,Y a n s h a nU n i v e r s i t y;3.C o l l e g e o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,B e i j i n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y) A b s t r a c t:T a k i n g(T i40.4Z r27.7B e15.6C u63)(90+x)/90N b10-x(x=0,2,4,6,8,10,%)a l l o y a s t h e r e s e a r c h o b j e c t,f o u r k i n d s o fT i-b a s e db u l k m e t a l l i c g l a s sc o m p o s i t e s(B MG C s)r e i n f o r c e db y i n-s i t ue n d o g e n e t i cβ-p h a s ed e n d r i t e s w e r e p r e p a r e d.T h e p h a s ec o m p o s i t i o n,m i c r o s t r u c t u r e,m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dd e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fT i-b a s e dB MG C sw e r e s y s t e m a t i c a l l y a n a l y z e d t h r o u g hX R D,S E Ma n dT E M.T h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h a t t h e v o l-u m e f r a c t i o n a n d d i m e n s i o n o f t h e i n-s i t u e n d o g e n e t i cβ-p h a s e d e n d r i t e s i nT i-b a s e dB MG C s a r e i n c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s eo fN b c o n t e n t.T h e t e n s i l e r e s u l t s r e v e a l t h a t t h e y i e l d s t r e n g t h a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e s a r e d e c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n g d i m e n s i o no f t h e i n-s i t u e n d o g e n e t i cβ-p h a s e d e n d r i t e s,c o n t r a r i l y,t h e p l a s t i c d e f o r m a-t i o na b i l i t y i s e n h a n c e d s i g n i f i c a n t l y.A m o n g t h e s e B MG C s,t h em e a n y i e l d s t r e n g t h,t e n s i l e s t r e n g t h a n d f r a c t u r e s t r a i no fT i40.4Z r27.7B e15.6C u6.3N b10B MG Ca r e1307M P a,1428M P a a n d9.61%,r e s p e c t i v e l y,i n d i c a t i n g t h e e x-c e l l e n t p l a s t i c d e f o r m a t i o na b i l i t y o f t h eT i-b a s e dB MG C.K e y W o r d s:T i-b a s e dB M G C,I n-s i t uE n d o g e n e t i c,M i c r o s t r u c t u r e,M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s,D e f o r m a t i o nB e h a v i o r收稿日期:2021-07-15;修改稿收到日期:2021-10-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(52071278,51827801);国家重点研发计划资助项目(2018Y F A0703603)第一作者简介:吕敬旺,男,1993年出生,博士研究生,河北秦皇岛(066004),E-m a i l:1473359882@q q.c o m通信作者:马明臻,男,1955年出生,教授,河北秦皇岛(066004),E-m a i l:m z550509@y s u.e d u.c n引用格式:吕敬旺,韦超,马小昭,等.原位内生树枝晶增韧钛基非晶复合材料的组织与性能[J].特种铸造及有色合金,2022,42(4):414-418.LÜJW,W E IC,MA XZ,e t a l.M i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so fT i-b a s e dB M G Cr e i n f o r c e db y i n-s i t ue n d o g e n e t i cd e n d r i t e[J].S p e c i a lC a s t i n g&N o n f e r r o u sA l l o y s,2022,42(4):414-418.[13]李润霞,李荣德,吕伟,等.固溶处理对铸造A l-S i-C u-M g合金组织与性能的影响[J].中国有色金属学报,2007,17(2):193-199.[14]王慧芳,龙思远,吴星宇,等.铁镁含量及热处理对压铸铝硅合金组织和拉伸性能的影响[J].机械工程材料,2016,40(2):21-25.[15]许长林,方建儒,杨亚峰,等.变质及热处理对过共晶铝硅合金组织与滑动摩擦性能的影响[J].金属加工(热加工),2009(15):23-25.[16] G A R C I AGG,E S P I N O Z AC J,MA N C H A M H.C o p p e r c o n t e n ta n d c o o l i n g r a t e e f f e c t so v e r s e c o n d p h a s ea r t i c l e sb e h a v i o r i n i n-d u s t r i a l a l u m i n u m-s i l i c o n a l l o y319[J].M a te r i a l sa n d D e s i g n,2007,28:428-433.[17]陈建春.铝合金变质㊁细化㊁合金化材料及铝熔体物理净化材料的设计㊁工艺及应用研究[D].武汉:武汉大学,2011. [18] B A C A I C O AI,D W I V E D IP K,L U E T J E M M,e t a l.E f f e c to fn o n-e q u i l i b r i u m h e a tt r e a t m e n t s o n m i c r o s t r u c t u r e a n d t e n s i l e p r o p e r t i e s o f a nA l-S i-C u a l l o y[J].M a t e r i a l s S c i e n c e&E n g i n e e r-i n g,2016,A673:562-571.(编辑:栗万仲)414。
复合细化变质对再生ADC10铝合金组织性能的影响
138前沿技术L eading-edge technology复合细化变质对再生ADC10铝合金组织性能的影响付亚城1，董晓琼1，闫 俊2，杨镇江3（１．佛山市辰辉金属科技有限公司，广东 佛山 ５２８２００；２．佛山市南海创利有色金属制品有限公司，广东 佛山 ５２８２２５；３．广东鸿邦金属铝业有限公司，广东 广州 ５１１３４０）摘 要：采用光学显微镜和拉力试验机，研究了复合细化变质对再生ＡＤＣ１０铝合金显微组织与力学性能的影响。
结果表明：通过复合细化变质使再生ＡＤＣ１０铝合金的α－Ａｌ晶粒从粗大的树枝状转变为细小均匀的等轴状，使共晶Ｓｉ相和富Ｆｅ相从粗大的针片状转变为细小的纤维状和颗粒状，可显著提高再生ＡＤＣ１０铝合金的力学性能。
与未细化变质相比，细化变质后再生ＡＤＣ１０铝合金的抗拉强度为２８９．２ＭＰａ，断后伸长率为７．８％，抗拉强度提高了１６．７％，断后伸长率提高了５２．９％。
关键词：再生铝合金；ＡＤＣ１０铝合金；晶粒细化剂；变质剂中图分类号：ＴＧ１４６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）１６－０１３８－３Effect of Refining and Modification on Microstructure and Properties of Recycled ADC10 Aluminum AlloyFU Ya-cheng 1, DONG Xiao-qiong 1, YAN Jun 2, YANG Zhen-jiang 3（１．Ｆｏｓｈａｎ Ｃｈｅｎｈｕｉ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｆｏｓｈａｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８２００； ２．Ｆｏｓｈａｎ Ｎａｎｈａｉ Ｃｈｏｎｇ Ｌｅｅ Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｆｏｓｈａｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８２２５； ３．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｈｏｎｇｂａｎｇ Ｍｅｔａｌ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１１３４０）Abstract: Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ＡＤＣ１０ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ＡＤＣ１０ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｅｒ． Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ＡＤＣ１０ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ２８９．２ ＭＰａ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｓ ７．８％． Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １６．７％ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ５２．９％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ＡＤＣ１０ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Keywords: ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ； ＡＤＣ１０ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ； ｇｒａｉｎ ｒｅｆｉｎｅｒ； ｍｏｄｉｆｉｅｒ收稿日期：２０２３－０６作者简介：付亚城，男，生于１９８２年８月，江西进贤人，大学学历，高级工程师，研究方向：再生铝合金制备技术。
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理是指在一定条件下对铝合金材料进行加热处理，使其改变晶体结构和力学性能的过程。
下面是铝合金变质处理的基本操作方法：
1.准备工作：准备好所需的设备和化学药品，对原始材料进行加工和清洗，确保表面光洁。
2.加热处理：将铝合金材料置于加热炉中，控制温度和时间，使其达到所需的加热温度，一般常用的加热温度为450-500，时间为1-4小时。
在此过程中，可利用淬火处理来增加材料的强度和硬度。
3.冷却处理：将材料从加热炉中取出，并迅速放入水或空气中进行冷却。
冷却速度越快，晶体结构越细小，硬度越大。
4.退火处理：在变质处理后，进行退火处理，以消除应力和提高材料的塑性，通常在200-300的温度下进行2-4小时的退火处理。
5.测试和包装：进行化学成分分析和力学性能测试，并对材料进行包装，以防止氧化和机械损伤。
总之，铝合金变质处理是非常重要的一项加工工艺，能够显著提高铝合金材料的力学性能和耐腐蚀性能。
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ADC12铝合金的细化变质处理
一、实验目的
1）熟练ADC12铝合金的熔炼、精炼、细化和变质处理过程。
2）了解ADC12铝合金的组织变质处理的基本原理和方法。
3）分析晶粒细化剂（Al-5Ti-B\Al-5Ti-C）对ADC12合金的组织的细化效果及其影响。
4）分析变质剂（Mn\Sr) 对ADC12合金的组织的变质效果及其影响。
5）分析RE元素对ADC12合金的组织的细化变质效果及其影响。
6）了解各种变质的的单因素影响及正交实验的效果。
二、原理概述
由于Al-Si共晶合金(ADC12)有很好的铸造性能,且铸件轻、比强度高、热膨胀系数小、耐腐蚀性能高及切屑性能好, 故被广泛用于航天航空、汽车等工业。
在再生铝合金ADC12铸件中，α-Al相是最主要的组织。
在铸态时，α-Al相呈树枝状，并且比较粗大，其取向没有一定的规律，较为杂乱，这使得其性能不是很好。
Fe在A l合金中通常被认为是最有害的杂质元素, 常见的Fe相为α-Fe 相( A l8 S iFe2 )和β-Fe 相( Al5 SiFe) 两种。
硬而脆的针状的β-Fe相会破坏金属基体的连接强度, 大幅降低合金的力学性能(如抗拉强度)。
Fe在A l合金中作为有害元素会显著降低合金的力学性能, 影响断裂粗糙程度等。
1.铝硅合金的细化处理
铝硅合金细化处理的目的主要是细化合金基体α-Al的晶粒。
晶粒细化是通过控制晶粒和形核和长大来实现的。
细化处理的基本原理是促进形核，抑制长大。
对晶粒细化的基本要求是：
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-Al间存在良好的晶格匹配关系。
3）异质形核颗粒应非常细小，并在铝熔体中呈高度弥散分布。
4）加入细化剂不能带入任何影响铝合金性能的有害元素或杂质。
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。
这些合金元素加入到铝熔体中后，会与Al发生化学反应，生成 TiAl3、TiC、B4C等金属间化合物。
这些金属间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、熔炼温度以及浇注时间等有关。
若加入量过大，则形成的异质形核颗粒会逐渐聚集，当其密度比铝
熔体大时，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晶粒孕育期和衰退期两个时期。
在孕育期内，中间合金完成熔化，并使起到细化作用的异质形核颗粒均匀分布且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。
合金浇注温度会影响最终的细化效果。
在较小的过热度下浇注可以获得良好的细化效果；随着过热度的增大，细化效果将下降。
通常存在一个临界温度，低于该温度时温度变化对细化效果的影响并不明显，而高于此温度时，随着浇注温度的升高，细化效果会迅速下降。
该临界温度同合金的化学成分和细化剂的种类以及加入量有关。
2．铝铁合金的变质处理
Fe在铝合金中最大的危害在于Fe与铝合金中其它元素结合生成了各种粗大金属间化合物，尤以粗大片状的β铁相危害最为显著，呈汉字状的α铁相对于性能的影响危害较小，因此铁相形貌的改变主要目的是减少粗大片状相的出现，将铁相形貌变为危害较小的汉字状或块状。
加中和元素是指通过加入某些合金元素来改变铁相的生长方式，促进α铁相的生成，并抑制β铁相的形成。
Mn的加入能显著减少针状铁相的数量和尺寸，甚至能使针状铁相完全消失，原因是Mn加入后扩大了α铁相区，从而有利于针状铁相向α铁相转变，普遍认为Mn的加入量应为Fe含量的一半。
陈东风等人研究表明，铝合金中添加一定量的Mn后有效地改变了初生Al3Fe相的形态，同时β铁相的数量和尺寸得到有效减少甚至完全消失，但是Mn元素的最佳添加量要依情况而定，且当Mn与Fe的摩尔比从1.3变到1.5时，针状富铁相被块状相取代而消失。
张磊、焦万丽等人发现结合预先热处理能减少Mn元素的加入量就能达到比较好的效果，并发现Mn与Fe的摩尔比为0.5～1.1时为适宜的加入量；Mn的加入量可以控制铁相杂质的粒径大小，并且联合处理后的抗拉强度和塑性也有所提高。
Cr的作用与Mn相似，能改善Fe含量超标的铝合金的性能，但是Cr的熔点高，需要在铝熔体温度很高时加入，容易造成铝液严重氧化，使得生产操作不方便。
RE聚集在铝基体的晶界处，通过与Al结合生成富铁相形核核心、影响溶质原子的扩散过程及杂质相的生长方式、取代富Fe相中部分组成元素来降低Fe/Mn等途径提高富Fe相的形核率促使Fe相多维生长，达到良好的变质效果。
三、实验设备及材料
1）井式坩埚电阻炉、石墨坩埚、钟罩。
2）ADC12铝合金、Al-5Ti-1B、Al-5Ti-C、Al-10Sr、Mn、Al-10RE、C2Cl6、金相试样预磨机和抛光机、4%HF、砂纸等。
3）铁制模具，浇铸勺、鳄鱼钳、耐热涂料等。
5. Al-10Re变质实验
四、实验内容及步骤
1）在经预热石墨坩埚中加入ADC12合金原料，升温至720℃直至合金熔化2）用0.4%的C2Cl6精炼除气处理。
3）向石墨坩埚中分别加入质量分数为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的Al-10Re进行晶粒细化变质处理。
处理方法是，将按比例称量好的中间合金以铝箔包好后用钟罩压入熔体中
4）保温15分钟后分别扒渣浇注。
10x40 ADC12+0.4Re 10x40 金相图
ADC12原始样10x40金相图
细化后对比ADC12前后的金相图，0.4%的Al-10Re进行晶粒细化变质处理，但是细化效果不是很明显。
细化后，显微镜视野里出现横贯视野的结晶，片状物显得长与密集。
其实只是用光学纤维镜来做观察，就评价细化剂的作用是非常不明智的。
应该做一个扫描电镜观察，还要做一个颗粒大小的评估。
此外，试样的力学性能，还有强度也应该做一系列的评估。
综合各方面的检测结果，我们才可以去评价晶粒细化变质处理后的效果。
2013年5月23日。