铝合金变质剂的变质效果和特点
锶变质铝硅合金的组织_性能及其变质工艺
件, 铝枝晶十分粗大, 还出现有细小棒状硅相, 显示 适当提高壁厚不均铸件的含锶量, 以保证厚大部位的
出变质效果明显减弱 (对比图4与图3)。与钠变质相比, 硅相得到充分变质。例如, 欲锶变质铝硅合金锭, 在含
《铸造》199719
·45·
锶量大于01002% 时, 可保证锭中心的硅相得到充分变 质 (见图5)。砂型铸件, 冷却速度甚低, 其最佳含锶量 几乎比金属型铸件的含锶量高1倍 (见表2)。
证了M g2Si 强化基体的作用及铝基体的塑性得到充 分发挥, 从而提高了合金力学性能 (见图7b)。相反, 增 加或减少锶含量都使变质作用减弱 (见图3) , 热处理 后仍保留铸态细小针、 棒状硅相, 并且出现相当数量 尺寸较大的粒状硅相分布在粗大铝枝晶之间 (见图7a、 c) , 这样的显微组织必然引起合金力学性能的下降。这 与文献 〔14〕的结果完全吻合。当前, 不少厂家为保证 获得良好的变质效果, 往往过分加大锶含量, 必然导 致合金变脆。
三、 锶对铝硅合金力学性能的影响
锶量对亚共晶 ZL 101A 合金力学性能的影响存在 最佳含量范围, 见图6。
含锶量01006% 左右的 ZL 101A 合金, 经过545℃ 固溶处理和135℃时效处理之后, 其抗拉强度和伸长率 均最高。伸长率对锶量变化十分敏感, 变化幅度可达 60% , 而强度波动较小。最高力学性能的出现与显微组 织的变化相对应。铸态硅相呈细小纤维状, 分布在细小 铝枝晶周围; 热处理后, 硅相呈细小点状或球状, 保
表3 ZL 101A 合金力学性能与壁厚的关系
取样部位
Ρb (M Pa)
∆ (% )
壁厚10mm 处
225
1015
壁厚50mm 处
213
复合变质处理对4032铝合金组织和性能的影响
复合变质处理对4032铝合金组织和性能的影响冉红卫【摘要】4032 aluminum alloy is a kind of Al-Si system alloy used widely for aeronautics and astronautics and automobile manufac-ture fields. Massive primary silicon and needlelike eutectic silicon occurred in microstructure of unmodified 4032 aluminum alloy, thus leading to low mechanical property, especially plasticity. Modification of melt during melting and casting is the effective method to solve the problem of primary silicon. Effect of various compound modifiers on microstructure of 4032 aluminum alloy in actual production, thus obtaining stable process and products.%4032铝合金是一种广泛应用于航空、航天及汽车制造等领域的Al-Si系合金.在未经变质处理的4032铝合金组织中,常常出现大块的初晶硅和针状的共晶硅,导致产品的力学性能较低,尤其是塑性.熔铸过程中对熔体进行变质处理是解决4032出现初晶硅的有效方法.本文主要研究不同复合变质剂在实际生产中对4032铝合金组织性能的影响,从而获得稳定的工艺和产品.【期刊名称】《铝加工》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P29-33)【关键词】4032铝合金;变质处理;初晶硅;力学性能【作者】冉红卫【作者单位】西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326【正文语种】中文【中图分类】TG46.21;TG2921 4032铝合金技术要求4032合金是SXDMTU20系列高性能活塞裙的原材料，对其性能要求十分严格，要求其挤压棒材力学性能标准为纵向抗拉强度≥315MPa，延伸率≥3%；横向抗拉强度≥315MPa，延伸率≥1.5%。
细化、变质剂Al-Ti-C-Sr中间合金的制备及效果研究
细化、变质剂Al-Ti-C-Sr中间合金的制备及效果研究作者：李宏施孝新来源：《中国新技术新产品》2012年第10期摘要：采用二步法制备Al-Ti-C-Sr中间合金，预制AI-10Sr铝熔体温度850°C，用纯氩气精炼。
采用自蔓延法预制Al-Ti-C铝液，氟钛酸钾和石墨粉加入熔体的温度为800°C-900°C，并在最终使熔体达到1200°C以上。
合成Al-Ti-C-Sr中间合金是在Al-Ti-C熔体温度在800°C-900°C时加入AI-10Sr合金。
再用制备好的Al-Ti-C-Sr中间合金对A356铝合金进行细化变质处理，具有细化和变质双重作用，效果明显。
关键词：Al-Ti-C-Sr中间合金；细化变质；合金制备；显微组织中图分类号：TG29 文献标识码：A在铝硅合金铸造中通过向铝液中加入晶粒细化剂来细化铸件的显微组织，提高材料的机械性能，降低铸件的热裂倾向和提高补缩性能，降低组织疏松，通过向铝液中加入变质剂，使针状共晶硅变成棒状或纤维状，能明显提高其力学性能。
20世纪60年代以来，Al-Ti-B中间合金一直是铝工业中一种重要的晶粒细化剂，但Al-Ti-B中间合金存在着TiB2粒子聚集缺陷，在其处理产品中仍然存在一些质量问题。
研究证明，含TiC的晶粒细化剂较少存在与TiB2相似的缺陷，TiC粒子聚集小。
变质剂锶以Al-Sr中间合金形式加入，不但有钠那样的变质效果，而且长效，不污染环境，没有过变质现象，操作方便。
Al-Ti-C-Sr中间合金是将Al-Ti-C与AI-Sr的优点结合起来，以综合提升细化剂、变质剂的性能的一种中间合金，研究表明由于Sr能改变形核相TiAl3的形态和分布，细化TiAl3、、TiC的尺寸，增加了TiC形核基底数，其细化效果远超Al-Ti-C中间合金。
本文研究Al-Ti-C-Sr 中间合金的制备工艺对工业生产具有一定的指导意义。
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。
铝变质剂的作用
铝变质剂的作用
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铝及铝合金的金相检验
变质过度主要是由于变质剂加入过多所引起。
显微特征
共晶硅周角圆滑并凝聚长大，显示过热特征。共 晶硅进一步聚集长大，出现共晶体熔化形成过烧 。当温度过高时，出现典型的复熔球和晶界重熔 成为严重过烧，一般不允许有过烧存在。
侵蚀剂：NaOH（10%~25%） 时间：3~30min 去膜：20%~30%HNO3 冲水
3、检验标准 JB/T7946.2-1999《铸造铝合金针孔》
五级针孔
GB/T3246.2-2000《变形铝及铝合金制品 低倍组织检验方法》
缺陷分为22种 晶粒度检验 断口检验
热处理过烧组织评定
标准：JB/T7946.3-1999《铸造铝硅合金过烧》 分为5级
晶粒度评定
标准：JB/T7946.4-1999《铸造铝铜合金晶粒度》 晶粒度分为8级
标准GB/T3246.1-2000《变形铝及铝合金 制品的显微组织经验方法》
铸锭的显微组织检验 加工制品淬火及退火试样检验 高温氧化 铜扩散 晶粒度检验
2、侵蚀剂的选择
根据合金成分、材料状态及检验目的常用侵蚀剂（见 表12-1）
具有良好的铸造性能和抗蚀性
含硅（4.5%~13%）加入强化元素，形成强化 相
Mg2Si、Al2Cu、Al2CuMg等
ZL2xx系列
可通过热处理强化，具有高的强度和耐热性， 铸造性比铝硅系差 强化相Al2Cu、
通过用不同侵蚀剂侵蚀后观察色泽变化予 以鉴别。
铝合金相鉴别的试剂及相的腐蚀特征见表 12-1
1、特点：优良的导电性、导热性，足够的强度、 弹性和耐磨性，良好的耐腐蚀性。
Nd变质对Al-Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响
2021年第11期/第70卷有色合金國1265 N d变质对A I-M g2S i合金组织和力学性能的影响杜阳1,索忠源2，姜峰2，牟跃民3(1.吉林化工学院材料科学与工程学院，吉林吉林132022; 2.吉林化工学院机电工程学院，吉林吉林132022;3.吉林石化有机合成厂，吉林吉林132022 )摘要：研究了Nd变质处理对Al-20Mg2Si合金组织和力学性能的影响。
结果表明，当Nd的加入量为0.3wt%时，初生Mg2Si形貌由未变质的粗大汉字状转变为多边形，变质效果最好，初生Mg2Si相尺寸细小，分布均匀，合金抗拉强度为119 MPa,伸长率为1.95%,和未变质合金相比，抗拉强度和伸长率分别提升了52.6%和56%。
当Nd的加入量达到0.5wt%时，初生Mg2Si再次粗化，出现过变质现象，致使力学性能降低。
Nd变质处理对共晶Mg2Si形貌影响不大。
关键词：Al-20Mg2Si合金；初生Mg:Si;Nd变质；力学性能作者简介：杜阳（1995-),男，硕士生，研究方向为变质 处理铝合金的组织与性能。
E-m a i l:丨498919339@ 通讯作者：索忠源，男，副教授，博士。
E-m ail:***************Al-Mg2Si合金具有优异的力学性能和耐磨、耐蚀性能，广泛应用于航空、航天 和船舶等领域[N2]。
Al-Mg2Si合金中Mg和Si的比为2 : 1时，在合金凝固过程中Mg和Si 以高熔点Mg2Si金属间化合物的形式析出。
Mg2Si颗粒作为增强体弥散分布在铝基体 中，提高合金强度和硬度。
但未经变质的Al-Mg2Si合金组织中初生Mg2Si以粗大的块 状、板条状和树枝状形式存在，合金在受力变形过程中，粗大的初生M&Si相容易割 裂基体，引发应力集中，严重降低合金的力学性能。
近年来关于变质处理Al-Mg2Si合 金的研究中，研究者先后将P13]、Scw、Sr15]和盐类化合物161等变质剂引入到Al-Mg:Si 合金体系中，用以改善合金综合性能。
合金中的变质处理
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。
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。
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。
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。
铝 钛 硼
一。Al面-T是i-B铝与凝R固e、时的有效形核基面，
丝
Sr等元增素加共了同形作核率，从而使结晶组织
变
用更，佳其。细细化化。效果
质 剂
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。
空气中的水蒸
气以冰晶为凝Biblioteka 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 真正原现理在是的利人用工干降冰雨升已华经产不生 的分晶超水，使银低蒸然用。温气后干将，直空冰碘使接气，化空凝中而银气华的是微中形大使粒的成量用直一微水碘接小小蒸化撒部冰气 再以在微空小气冰中晶，为作凝为结凝核结继核续促凝 结成使雨水滴蒸。气冷凝为雨滴。不
不同变质剂对A356.2铝合金变质效果的研究
点研究了咲喃树脂砂砂型铸造不同添加量Sr、Sb、
稀土变质剂的变质效果。
1 试验方法
试验采用中国铝业提供的A356. 2铝合金锭作 为原材料，变质剂选用A1 - 10Sr合金杆、A1 -5Sb合 金杆及混合稀土（65%La +35%Ce）,加入量如表1 所示。将铝合金锭放置在20 kg容量石墨圮竭中进 行熔化，待全部熔化后，温度控制在730七-750 °C 进行精炼除气，除气结束前5 min分别加入不同的 变质剂，静置5 ~ 10 min,降温至700七分别浇注成 壁厚为24 mmY型试棒，试棒经过T6热处理后（535 °C JO h + 200七、5 h）经打磨、抛光、腐蚀后做力学
性能及金相检测。
合金种类 理论加入量 实际加入量
0.01 0.011
Sr含量 0.02 0.019
0.03 0.03
表1不同变质剂的加入■
Sb含量
0.2
0.4
0.22
0.45
0.6 0.58
0.30 0.35
Re含量 0.60 0.56
%
0.90 0.95
2试验结果及分析
21 Sr变质合金的变质效果 图1所示是不同Sr含量砂型试样的变质组织，
摘 要：研究了 Sr、Sb及稀土变质对A356.2铝合金组织与性能的影响，研究结果表明，Sr变质对
咲喃树脂砂铸造铝合金有良好的变质效果.Sr含量为0.03%时综合力学性能最好.强度从未变质
的195 MPa提高至241 MPa.延伸率从2%提高至4% ,而Sb和稀土变质远不如Sr变质，性能的提
高主要由于将原先长条状Si相变为细小颗粒状，减少了应力集中。
组织，从图中可以看出，合金同样主要由a - A1基 体+共晶组织组成，经Sb和稀土变质处理后，基体 晶粒也得到一定程度的细化，另外在Sb变质组织中 岀现了颗粒状化合物(图2(e)中A点)，经EDS能 谱分析，该化合物为AlSb化合物如图3所示，对比 未变质组织中长条状或板片状的Si相，经过Sb变 质后，Si得到一定程度的细化，长度较未变质前有 所减小，且随着Sb含量的增加，变质效果未见明显 区别。Re变质处理后，晶粒细化效果比Sr和Sb更 为明显，Re含量0.9%细化效果最好，相较于Sr的 变质效果差很多，比Sb变质效果略好。另外，在组 织中出现了块状及针状的化合物，如图2(f)中箭头 (B、C)所示，经能谱分析，块状浅灰色化合物为A1 (Ti.Ce)相，黑色短棒状、小块状为Al(La、Ce)化合 物，如图3所示。
铝合金的变质剂的变质效果和特点
铝合金的变质剂的变质效果和特点铝合金的变质剂的变质效果和特点 1)钠盐变质剂变质方法Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。
其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件(铸锭)缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。
钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是:钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。
钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。
2)铝锶中间合金变质法这是国外使用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.04-0.05%的Sr。
其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。
这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80-90%的良好变质合格率。
其缺点是:成本比钠盐高，要预先配制成中间合金(否则就要采用锶盐变质剂)，没有钠盐那样的有分散铸件缩窝的作用。
3)铝锑中间合金变质法这种方法也是用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.2-0.3%的Sb，可获得长效变质效果，即使到铝合金重熔，此变质效果仍起作用。
其变质效果与合金的冷却速度有关，冷却速度快(如在金属型中铸造)，变质效果好;冷却速度慢(如在石膏型、砂型中铸造)，则变质效果差。
但应注意，已经过钠盐或锶盐或铝锶中间合金变质过的铝合金不能再加Sb来变质，因为这样会形成Na3Sb化合物而使合金的晶粒粗大、性能变坏，从而反使钠、锶的变质效果降低。
铝合金三元变质剂
铝合金三元变质剂
铝合金三元变质剂是一种常用于铝合金的加工和制造中的化学
添加剂。
它主要由铝、钛、硅等元素组成，能够有效地改善铝合金的力学性能和耐腐蚀性能。
铝合金三元变质剂的使用可以使铝合金的强度、硬度和塑性得到显著提高，同时还能减少铝合金在高温下的软化现象。
此外，铝合金三元变质剂还能提高铝合金的氧化抗性和耐热性，使得产品更加耐用。
铝合金三元变质剂的加入量可以根据具体情况进行调整，以达到最佳效果。
由于其良好的性能和广泛的应用前景，铝合金三元变质剂已成为铝合金加工和制造行业中不可或缺的一种化
学添加剂。
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ZL104铝合金变质等级与变质效果的热分析研究
ＺＬ１０４铝合金变质等级与变质效果的热分析研究熊红玲，吴树森，袁文文，毛有武（华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室，湖北武汉４３００７４）摘要：利用自主开发的铝合金热分析系统，研究了Ｓｒ加入量、变质后保温时间对ＺＬ１０４合金冷却曲线的影响，建立了变质等级与变质前后共晶温度的降低值!ＴＥＧ之间的对应关系。
结果表明，Ｓｒ加入量从０增加到０．０２２％时，"ＴＥＧ不断增加，变质等级也相应增加；随保温时间延长，#ＴＥＧ不断降低，变质等级也随之降低。
$ＴＥＧ达到８℃以上时，变质等级为最好的６级。
关键词：Ａｌ－Ｓｉ合金；变质；冷却曲线中图分类号：ＴＧ２４３＋．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８１４（２００７）０１－００２８－０３ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＬｅｖｅｌＧｒａｄｅａｎｄＥｆｆｌｅｃｔｉｎＺＬ１０４ＡｌｌｏｙＸＩＯＮＧＨｏｎｇ－ｌｉｎｇ，ＷＵＳｈｕ－ｓｅｎ，ＹＵＡＮＷｅｎ－ｗｅｎ，ＭＡＯＹｏｕ－ｗｕ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＤｉｅ＆Ｍｏｕｌｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔｒｏｎｔｉｕｍｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅｏｎｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆＺＬ１０４ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇａｓｅｌｆ－ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｌｅｖｅｌａｎｄ%ＴＥＧ（ｔｈｅｅｕｔｅｃｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｍｏｄｉｆｉｅｄａｎｄｕｎｍｏｄｉｆｉｅｄａｌｌｏｙ）ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔ&ＴＥＧｉｎｃｒｅａｓｅｓａｓｔｈｅｓｔｒｏｎｔｉｕｍｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ０％ｔｏ０．０２２％，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｏｏ．Ｔｈｅ’ＴＥＧｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｔｉｍｅａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｏｏ．Ｗｈｅｎ(ＴＥＧｉｓｏｖｅｒ８℃，ｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｒｅａｃｈｅｓｂｅｓｔｇｒａｄｅ６．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｌ－Ｓｉａｌｌｏｙ；ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅ随着航空、航天及汽车工业的发展，铝合金由于密度小、比强度高，其应用日益广泛，尤其是Ａｌ－Ｓｉ合金。
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摘要：在铸造Al-15%Si合金熔炼过程中分别加入变质剂P盐、P盐+Al-Sr中间合金对其进行变质处理，分析不同变质剂及它们的复合形式对合金力学性能和显微组织的影响。
实验结果表明，P盐和Al-Sr 中间合金都对合金组织有一定的细化作用，其中P盐主要细化初晶硅，P盐+Al-Sr中间合金的复合变质剂能同时细化初晶硅和共晶硅。
实验证明加入复合变质剂后合金的显微组织细化程度最高，力学性能最为优越。
关键词：铸造Al-Si合金、变质处理、显微组织、性能引言铝合金是目前采用最多的轻金属合金材料，而铸造Al-Si系列合金是铝合金系中应用最早、最广泛的铝合金，它是重要的合金之一，具有优异的铸造性能，良好的力学性能与物理化学性能。
它是目前研究和应用最为广泛的铸造铝合金，其产量占铸铝总产量的80%～90%，适用于各种铸造方法。
因此，研究Al-Si系列合金的组织性能特点，进一步探寻在普通生产工艺中强化铝硅合金性能的方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。
铸造Al-Si合金具有良好的力学性能、铸造性能和切削性能，广泛应用于航空航天和你汽车工业。
Al-Si未变质处理时，共晶Si以粗大的针、片状存在，严重割裂了合金基体，降低了合金的强度和塑性。
Sr对共晶硅起到很好的变质作用，同时却促进了粗大的柱状和树枝状Al晶粒的形核生长，这说明对铸造Al-Si合金仅变质处理是不够的，还有必要对枝晶进行等轴化和细化，消除这种组织对合金力学性能的不利影响。
本文采用了不同的变质剂对Al-15%Si合金进行变质处理，研究了变质处理对合金组织的影响规律，同时初步探讨变质剂对Al-Si合金的细化变质机理。
1、实验方案设计1.1材料的选择本实验的目的在于研究不同变质剂对于铝合金组织及其性能的影响，为了实验的顺利进行以及实验过程之中出现较少的干扰因素，选择二元Al-Si合金作为本次实验的研究对象，由于变质处理作用的主要机制在于改变铸态下的Si的形态、数量及其分布，再加之合金液体要具有相对较好的流动性，最终确定Al-15Si作为实验材料。
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
D
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
铝合金变质剂及其在铝合金铸造中的使用方法与设计方案
本技术公开了一种铝合金变质剂，包括碳化铝、氯化钾、镧、硒和CuP14，使用其进行铝合金铸造的工艺包括熔融铝锭、不同温度下加入变质剂的不同组分、浇铸和冷却等步骤；本技术的有益效果是：本技术添加碳化铝粉末，弥补了单一变质剂适用温度范围小的缺陷，碳化铝在较高温度时结构稳定，可稳定均匀地分布在铝液中而不会出现富集，铝合金的加工温度一般低于1000℃，本技术在不同的温度范围内分别加入CuP14与镧和硒，可与碳化铝共同使铝合金变质，解决了单一变质剂的局限性，浇铸铝液后，本技术无需采用快速降温工艺，碳化铝在较低的温度范围内仍具有相当的变质作用，可持续地对初晶硅提供晶核，保证初晶硅的尺寸和分布，从而降低了生产成本。
权利要求书1.一种铝合金变质剂，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：碳化铝60-90份、氯化钾20-25份、镧12-15份、硒10-15份、CuP1410-15份；其中，碳化铝为粉末状，粒径为1-5μm；氯化钠为粉末状；镧为直径为1-3mm的丝状物，每0.5g包裹在10g的铝箔中；硒为颗粒状，粒径为3-5mm；CuP14为颗粒状，粒径为5-7mm。
2.一种如权利要求1所述的铝合金变质剂在铝合金铸造中的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)熔融称量：称量一定重量的铝锭，置入熔融炉中进行熔解，以铝合金变质剂占铝液重量的1.5-2％为标准，按重量份称取变质剂的各组分；2)加入碳化铝和氯化钾：将熔融的铝液升温至1100-1150℃，静置60min后，将碳化铝粉末和氯化钾粉末加入到铝液中，搅拌均匀后静置1h；3)加入CuP14：将铝液降温至1000℃，把CuP14加入到铝液中，搅拌均匀，将温度缓慢降至850-950℃，静置2h；4)加入镧和硒：将铝液缓慢降温至850℃，加入镧和硒，搅拌均匀后，控制温度在750-800℃，静置50min；5)浇铸冷却：将模具清理干净，预热至200℃，将步骤4)静置后的铝液浇铸到模具中，浇铸完成后，将模具冷却至100℃后脱模，将铸件自然冷却至常温后进行后续处理。
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铝合金变质剂的变质效果和特点
1）钠盐变质剂变质方法
Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。
其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件（铸锭）缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。
钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。
钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象
2）铝锶中间合金变质法
这是国外使用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.04-0.05%的Sr。
其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。
这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80-90%的良好变质合格率。
其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金（否则就要采用锶盐变质剂），没有钠盐那样的有分散铸件缩窝的作用。
3）铝锑中间合金变质法
这种方法也是用的较多的一种长效变质方法。
加入量为炉料总重量的0.2-0.3%的Sb，可获得长效变质效果，即使到铝合金重熔，此变质效果仍起作用。
其变质效果与合金的冷却速度有关，冷却速度快（如在金属型中铸造），变质效果好；冷却速度慢（如在石膏型、砂型中铸造），则变质效果差。
但应注意，已经过钠盐或锶盐或铝锶中间合金变质过的铝合金不能再加Sb来变质，因为这样会形成Na3Sb化合物而使合金的晶粒粗大、性能变坏，从而反使钠、锶的变质效果降低。
4）SR813磷复合细化剂和SR814磷盐复合细化剂孕育法
这是近年开发的一种适合过共晶型铝硅合金的初晶Si的细化剂。
因为P在铝合金液中形成AlP的微细结晶核种，细化晶粒的效果很好，有效持续孕育时间也长，但它会与Na、Sr、Sb 形成化合物，降低它们对共晶硅结晶的细化效果，所以，已经使用Na、Sr、Sb作过变质处理的铝合金，不要再加P来作变质处理。
5）铝钛中间合金变质法
其中含有4%左右的钛，钛是细化晶粒效果很好的元素，形成的TiAl3成为初晶α枝晶的异质结晶核种，能有效地细化晶粒和防止铸造裂纹，对易产生铸造裂纹的Al-Cu-Mg合金（如ZL207）很合适。
由于钛量太多，又是通过与炉料一起熔化、扩散、融合来细化晶粒的，故其细化效果虽没有钛硼熔剂好，但仍可达到一级晶粒的效果。
其次是TiAl3的密度比铝合金液大，如合金保温时间过长，就有可能沉降，凝聚成夹杂物，要严格注意。
6）钛硼熔剂细化法
由于钛硼熔剂中同时含有Ti和B两种细化晶粒作用很强的元素，它们在铝合金液中形成TiAl3和TiB2，未熔化的TiAl3和不熔化的TiB2（其相对密度4.4，熔点为2900℃）都残留在铝合金液中，成为铝合金的初晶α枝晶组织的有效异质结晶种。
这种熔剂细化晶粒的优点是：①因为有Ti、B两个细化晶粒的元素和Ti含量为Al-Ti中间和金的8倍，故细化晶粒的效果非常好，比Al-Ti中间合金的效果大很多；②处理成本比用Al-Ti中间合金低很多；③熔剂成块状，省去了熔化配制中间合金的许多费用，烧损也少；④储存省面积，很简便，且块重标
准化，用前无需称重；⑤熔剂块自沉降、自扩散、利用率高、简化了操作，改善了劳动条件和减轻了劳动强度；⑥适用范围广，既适用铸造铝合金，又适用变形铝合金；既适用纯铝，又适用铝合金。
其缺点是：TiB2和TiAl3一样，密度也比铝合金大，如保温时间过长，也会自沉降，凝聚成夹杂物。
7）铝钛硼丝细化法
这是一种最先进的细化晶粒的现代科技方法。
其优点是：①细化效果好，细化剂实际利用率高，使用量大大节省；②由于细化剂均匀地进入所有待细化的铝合金液，故细化后的组织均匀，无粗细晶粒交错的混晶区，从而大大提高了合金的强度和延伸率，减少了裂纹等废品；
③避免了上述TiAl3和TiB2的沉降，凝集所引起的夹杂和熔炉的结瘤，减少了清炉和洗炉的工作量；④很适合长时间大批量的连续铸造；⑤实现了细化处理自动化无人化，省人省事；
⑥使细化处理和合金液凝固时间大为缩短，提高了生产效率；⑦因无TiAl3和TiB2等夹杂物的沉降、凝集，使产品在阳极氧化处理后的表面质量好，特别是箔材、印刷板、激光全息膜、饮料罐和食品罐等薄或超薄铝材的最理想的细化剂。
很适用作变形铝合金的晶粒细化处理。
8）稀土变质法
利用Al-RE中间合金的稀土变质法，是在铝合金液温度为720-760℃时，加入占炉料总重量的0.2-1.0%的Al-RE中间合金。
其优点是它对α（Al）及共晶组织均有明显的细化效果，还兼有较好的精炼净化作用，可显著提高合金的机械性能，变质有效时间也长。
缺点是当操作不当时，会使稀土氧化，烧损也较大，还可能产生高熔点的偏聚物沉降。
9）铝钡中间合金变质法
这是利用1-4%Ba-Al中间合金或钡盐来对铝合金液进行变质处理的方法。
其优点是变质过程中无吸气倾向，合金经变质处理强度高，不腐蚀坩埚，也不污染环境。
缺点是变质效果不如钠，变质效果受冷却速度的影响大，变质后合金的延伸率提高不多。
10）纯碲变质法
其加入量为炉料总重量的0.05-0.1%，处理温度为740℃左右。
其优点是变质后合金的性能与钠变质的相当，合金重熔后其变质效果基本不变。
缺点是变质效果也受合金的冷却速度的影响，且变质效果不够稳定。
11）用K2ZrF6变质法
用含K2ZrF698%的锆盐来对铝合金作变质处理，加入量为炉料总重量的0.5-1%，在730-750℃时加入。
它对α（Al）及共晶硅均有细化作用，也有精炼作用，K2ZrF6不吸潮，储存使用都很方便，对铸件壁厚不敏感。
缺点是处理时对环境有一定的污染，容易产生夹杂。